振動(dòng)技術(shù)在金屬材料鑄造成形中的應(yīng)用與發(fā)展

楊德龍

摘要：在振動(dòng)理論與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展和完善的過程中，眾多國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者分別加入研究振動(dòng)技術(shù)在金屬材料鑄造成形中具體應(yīng)用的行列，旨在通過振動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用達(dá)成就鑄件組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善并提高其力學(xué)性能的目的。鑒于此，本文主要就振動(dòng)技術(shù)于不同金屬材料鑄造成形過程中的應(yīng)用進(jìn)行論述，然后就其鑄造成形的基本機(jī)理性能進(jìn)行分析，旨在提升振動(dòng)技術(shù)于金屬材料鑄造成形中的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)技術(shù);金屬材料;鑄造成形

開展金屬鑄造成形操作時(shí)，通過施加不同條件，可獲取細(xì)化程度存在一定差異的鑄件晶粒，進(jìn)而出現(xiàn)鑄件使用性能不符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象。在社會(huì)快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平不斷完善的當(dāng)前，振動(dòng)技術(shù)逐漸于金屬材料鑄造成形中進(jìn)行應(yīng)用，并且取得相對(duì)不錯(cuò)的效果，因此受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注和重視。在科學(xué)技術(shù)持續(xù)發(fā)展的過程中，振動(dòng)技術(shù)于金屬材料鑄造成形中的應(yīng)用前景勢(shì)必會(huì)不斷拓展。

一、分析當(dāng)前金屬材料鑄造成形中應(yīng)用的振動(dòng)技術(shù)種類

我國(guó)眾多研究人員深入探究了金屬材料鑄造成形過程中所應(yīng)用的振動(dòng)技術(shù)種類，得出電磁振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、超聲波振動(dòng)等為當(dāng)前常用的振動(dòng)技術(shù)種類。就電磁振動(dòng)而言，其具有振動(dòng)頻率變化較快的優(yōu)勢(shì)，如將其與變頻器配合應(yīng)用可獲得高達(dá)2kHz的工作頻率;對(duì)于機(jī)械振動(dòng)來說，通常情況下其振動(dòng)頻率在200Hz以下，偏心凸輪帶動(dòng)鑄型振動(dòng)為最具代表性的機(jī)械振動(dòng)技術(shù);超聲波振動(dòng)技術(shù)存在水平、旋轉(zhuǎn)以及垂直幾種不同的振動(dòng)方向。按照振動(dòng)是否連續(xù)又可將其分為連續(xù)振動(dòng)形式與非連續(xù)振動(dòng)形式。隨機(jī)振動(dòng)與周期振動(dòng)是非連續(xù)振動(dòng)形式中的主要技術(shù)。當(dāng)前振動(dòng)技術(shù)于工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，隨著振動(dòng)技術(shù)的不斷完善其應(yīng)用范圍還會(huì)大幅度拓展。

二、梳理振動(dòng)技術(shù)于金屬鑄造成形中的具體應(yīng)用

（一）鋁合金鑄造成形過程中應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)

鋁合金是現(xiàn)階段機(jī)械制造行業(yè)中普遍應(yīng)用的一種基礎(chǔ)性金屬材料，社會(huì)進(jìn)步與工業(yè)發(fā)展的背景下于鑄造鋁合金具體性能方面的要求越發(fā)嚴(yán)格。行業(yè)內(nèi)的眾多專家和學(xué)者紛紛就鋁合金成形開展了深入分析，主要就金屬鑄件施加振動(dòng)時(shí)凝固組織的具體狀況進(jìn)行探究，并將其與半固態(tài)鑄造方法進(jìn)行對(duì)比，其主要目的是就振動(dòng)鑄造方法能否就傳統(tǒng)半固態(tài)鑄造方法進(jìn)行取代進(jìn)行求證。此外有專家學(xué)者就振動(dòng)于過濾速率、毛坯精度等各個(gè)方面的影響開展研究和具體分析，并借助亞微米氧化鋁粉施加對(duì)振動(dòng)技術(shù)就壓力注漿成形法的使用意義進(jìn)行驗(yàn)證。

（二）銅鑄造成形過程中應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，銅逐漸于電氣、輕工業(yè)、國(guó)防等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其具有良好的導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能，并且耐腐蝕性非常高。有關(guān)人員就振動(dòng)技術(shù)于銅鑄造成形組織的影響開展深入研究和分析。研究結(jié)果顯示，于靜置狀態(tài)時(shí)金屬鑄件內(nèi)部幾乎沒有等軸晶存在，但在振動(dòng)頻率逐漸提升的過程中金屬鑄件內(nèi)部會(huì)有等軸晶出現(xiàn)。在振動(dòng)頻率處于100Hz時(shí)等軸晶區(qū)持續(xù)增大指導(dǎo)的最大值出現(xiàn)。如就振動(dòng)振幅進(jìn)行調(diào)整，純銅凝固組織內(nèi)部的平均晶粒面積和等軸晶率會(huì)呈現(xiàn)出十分不規(guī)律的變化。另有專家開展了斜坡振動(dòng)澆筑工藝的研究并得出不同因素于A14.5Cu4Ce組織影響程度的結(jié)果。結(jié)果顯示晶粒尺寸會(huì)隨著溫度的下降而縮減，并且以均勻的分布構(gòu)成球形狀態(tài)。如提升電壓值，晶粒細(xì)化程度會(huì)隨之增加，其分布的均勻性也大幅度提高。

（三）鑄鐵鑄造成形過程中應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)

就鑄鐵工藝性能而言，通常概括為鑄造性、焊接性以及切削性。熔點(diǎn)相對(duì)較低以及鐵水流動(dòng)性較強(qiáng)是鑄鐵材質(zhì)的基本特征，通常利用適宜的鑄造方法將其鑄造為所需鑄件。

有專家學(xué)者利用BF-LD-TF型雙向電磁振動(dòng)臺(tái)開展制備白口鑄鐵和球墨鑄鐵的研究，旨在通過研究得出鐵合金成形過程中采用振動(dòng)技術(shù)的實(shí)際影響。研究結(jié)果顯示，鑄鐵過程中應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)時(shí)會(huì)就凝固過程造成相應(yīng)的破壞。在此過程中有一定的拉力及壓力形成，其均為周期性的存在，初生奧氏體會(huì)隨之出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。初生奧氏體尺寸與試樣厚度為反比例關(guān)系，隨著初生奧氏體尺寸的增加其厚度會(huì)反之降低。反之，初生奧氏體含量與厚度二者為正比例關(guān)系，也就是試樣厚度越大時(shí)其含有的初生奧氏體會(huì)越多。如凝固前試樣厚度相對(duì)較大時(shí)就振動(dòng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，其作用于液體的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，會(huì)提升細(xì)小晶粒的游離，最終造成出現(xiàn)大量石墨的情況，碳化物反之降低。

三、振動(dòng)技術(shù)于金屬鑄造成形過程中的作用機(jī)理

眾所周知，金屬溶體屬于黏性流體，其流動(dòng)可以分為層流和紊流，通常情況下層流只會(huì)在充型結(jié)束或者流動(dòng)末端出現(xiàn)，因此通常認(rèn)為充型為紊流狀態(tài)。應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)后在其振動(dòng)頻率不斷增強(qiáng)的過程中會(huì)造成紊流程度的提升，而且振動(dòng)本身存在的周期性于紊流速度有提升作用。所以說增強(qiáng)振動(dòng)的同時(shí)流動(dòng)性會(huì)隨之增加，但是振動(dòng)過程中產(chǎn)生的垂直會(huì)增加流動(dòng)方向的脈動(dòng)及紊流附加阻力，進(jìn)而能量損失一定程度增加，一旦出現(xiàn)能量損失過大的情況流動(dòng)性會(huì)處于相對(duì)較弱的狀態(tài)。

鑄造凝固過程中就振動(dòng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，會(huì)使得金屬液各個(gè)部位之間的速度產(chǎn)生黏性剪切，造成已經(jīng)生成晶粒破碎的現(xiàn)象，進(jìn)而可以獲得更細(xì)的等軸晶。此外，振動(dòng)技術(shù)會(huì)增加金屬液的局部壓力，結(jié)晶過冷度隨之提升，形核率相應(yīng)加大;金屬液產(chǎn)生的對(duì)流會(huì)造成界面處枝晶斷裂的現(xiàn)象，析出的晶粒尚未長(zhǎng)大就被分散為更多細(xì)小的晶粒。結(jié)束凝固后繼續(xù)施加振動(dòng)技術(shù)會(huì)提升金屬內(nèi)部原子的振動(dòng)頻率，進(jìn)而降低鑄件的殘余內(nèi)應(yīng)力，于鑄件性能的提升有積極意義。

四、結(jié)束語

在我國(guó)社會(huì)快速進(jìn)步的整體背景下，振動(dòng)理論以及具體技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷拓展，越來越多金屬鑄造成形過程中就振動(dòng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并且眾多專家學(xué)者分別就振動(dòng)技術(shù)于金屬鑄造成形的影響開展研究。研究結(jié)果顯示應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)有利于金屬鑄造效率和鑄件性能的提升，金屬廢品的生成率反之降低，推動(dòng)了金屬鑄造行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。但是在就振動(dòng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中需要注意管控振動(dòng)機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度，避免出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)水平造成鑄件開裂的現(xiàn)象出現(xiàn)。

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