中文摘要：

细化连铸坯凝固组织对于消除连铸坯宏观偏析和裂纹等铸造缺陷有十分重要的意义。应用超声波细化连铸坯组织具有效果显著、对环境和材料无污染等优点，但由于无法解决超声波变幅杆耐高温超声腐蚀难题，该技术一直没有在冶金界应用。本项目组成功研制了自吸式变幅杆，提出了在铸坯外侧施加超声波的技术构想，并在低熔点合金中进行了尝试，使超声波在连铸中应用成为可能。本项目采用物理模拟和凝固控制技术相结合的方法，系统研究超声波细化金属凝固组织的机制和条件，以及应用自吸式变幅杆在铸坯外侧施加超声波过程中超声波在金属中的衰减规律，特别是凝固坯壳厚度对超声波衰减的影响，为在连铸中应用超声波细化铸坯凝固组织，并开发具有自主知识产权的新技术提供理论和实验依据。

结论摘要：

本项目采用自主研发的自吸式侧部导入超声波装置全面研究了功率超声细化金属凝固组织的机制和条件，以及超声波在凝固金属中的衰减规律，探讨了应用超声波细化连铸坯凝固组织的可能性。研究表明，超声处理不仅使锡锑合金基体的晶粒得到了明显的细化，而且β相的形状也从尖锐棱角的方形被打碎成为了小块的多边形或者接近于球形。对碳钢T10钢的处理研究结果显示，随着超声波输入功率的提高，晶粒细化效果逐渐明显，而且分布均匀。对奥氏体不锈钢的处理结果研究表明，凝固组织发生柱状晶向等轴晶的转变，晶内形成位错增殖。随着超声波功率的提高，柱状晶区中晶体的生长方向从沿着垂直于型壁方向逐渐转变为呈发散形长大，晶粒沿着各个方向的生长能力逐渐相同。建立了超声波处理条件下，凝固金属的冷却速率与超声波强度的关系，认为超声波声流引发的强迫对流冷却和热效应的耦合作用是改变合金凝固速率的原因。建立了超声波在凝固合金中传播的衰减模型，同时采用自主研发的超声波衰减装置对超声波在凝固金属中的衰减过程进行计算。衰减模型和实验结果基本吻合。从研究的细化效果看，采用自吸式侧部导入大功率超声波细化连铸坯凝固组织是可行的。