超聲波晶粒細(xì)化

1、超聲波在金屬凝固中的應(yīng)用與發(fā)展、超聲波及其特性超聲波通常指1秒內(nèi)振動(dòng)20000次以上的高頻聲波。在強(qiáng)度較低時(shí), 超聲波可以作為探測(cè)負(fù)載信息的載體與媒介，稱為檢測(cè)超聲。當(dāng) 其強(qiáng)度超過(guò)一定值，則與傳聲媒質(zhì)相互作用，可以改變以至破壞 傳聲媒質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，稱為高能超聲或功率超聲。本文涉及的主要是高能超聲。超聲波具有以下4個(gè)基本特性:1、束射特性。超聲波波長(zhǎng)短，可以集中成一束射線。2、吸收特性。超聲波在空氣、液體和固體中均會(huì)被吸收?？諝?中的吸收最強(qiáng)烈，固體中的吸收最微弱。3、高功率。由于頻率高，超聲波的功率比聲波大得多，它不僅 能使所作用的介質(zhì)產(chǎn)生急速運(yùn)動(dòng)，甚至?xí)茐钠浞肿咏Y(jié)構(gòu)。4、聲壓作用。

2、聲波振動(dòng)使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏作用，這種由 于聲波振動(dòng)引起的附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。上述4個(gè)基本特性使超聲波在媒體中導(dǎo)致如下5種效應(yīng)：力學(xué)效 應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、電學(xué)效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)叫。二、高能超聲對(duì)金屬凝固組織的作用（1）超聲波對(duì)純金屬凝固組織的作用Eskln用超聲波處理高純 鋁,處理后使晶粒度從3.1增大到37.5,拉伸強(qiáng)度從54MPa提高到 70MPa，硬度從HB17.2提高到HB19.7，同時(shí)延伸率也得到了改善。 Abramov和Gurevich使用超聲波處理具有不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的純金屬， 結(jié)果表明超聲處理能使具有不同點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的金屬晶粒細(xì)化，力 學(xué)性能提高。（2）超聲振動(dòng)對(duì)低熔點(diǎn)合金凝

3、固組織的作用Eskin等采用10kw 的超聲波對(duì)鋁合金的凝固過(guò)程進(jìn)行了較為深入的研究。試驗(yàn)表明, 純鋁經(jīng)過(guò)超聲處理，拉伸強(qiáng)度可以提高6% 10%，而含有微量元素 的鋁經(jīng)過(guò)超聲處理拉伸強(qiáng)度卻可以提高20%25%。在連續(xù)鑄造中, 用超聲波處理AlSi合金，也取得了良好的效果,對(duì)初生Si相的 細(xì)化作用十分顯著（見(jiàn)圖1）。（3）超聲振動(dòng)對(duì)鋼和鐵凝固組織的作用超聲處理對(duì)鋼和鑄鐵的 細(xì)化效果也是十分明顯的。研究表明，普通碳鋼中含碳量越高， 超聲處理的效果就越明顯。對(duì)st40鋼進(jìn)行變質(zhì)和超聲振動(dòng)的聯(lián)合 處理試驗(yàn)，不僅得到了晶粒細(xì)化的珠光體組織，而且鐵素體網(wǎng)也 被打碎。超聲處理使W18工具鋼中碳化物偏析明顯減

4、輕，微觀組 織得到細(xì)化，共晶體碳化物也得到細(xì)化。Abramov研究了超聲處理對(duì)鋼力學(xué)性能的影響己。對(duì)于鑄態(tài)亞共 析碳鋼，超聲處理后強(qiáng)度提高了20%30%,塑性提高了30%40%； 而過(guò)共析鋼經(jīng)超聲處理后，屈服強(qiáng)度提高了75%,同時(shí)塑性也有增 大。經(jīng)過(guò)超聲處理的鐵素體和奧氏體鋼無(wú)論是在室溫還是在工作 溫度下，強(qiáng)度和塑性同時(shí)得到了改善。三、超聲細(xì)化的機(jī)理國(guó)外眾多學(xué)者對(duì)超聲細(xì)化的機(jī)理進(jìn)行了探討，提出了破碎理論和 過(guò)冷生核理論，這些理論的核心主要是聲空化現(xiàn)象。(1)超聲破碎理論。該理論認(rèn)為高能超聲形成的大量空化氣泡在 超過(guò)一定閡值的聲壓下發(fā)生崩潰井產(chǎn)生激波，將己結(jié)晶長(zhǎng)大的晶 粒打碎，使晶粒得到細(xì)化比。(2)過(guò)冷生核理論。還有一些學(xué)者認(rèn)為，超聲波產(chǎn)生的空化泡的 增大和內(nèi)部液體的蒸發(fā)會(huì)降低空化泡的溫度，這將導(dǎo)致空化泡表 面的金屬熔液溫度降低，因此在空化泡的附近就可能形成晶核。 Abdel-Rehim根據(jù)前人的工作，將超聲處理的細(xì)晶作用歸納為以 下四方面：1、空化現(xiàn)象引起的空冷；2、振蕩器的冷卻和攪拌; 3、土甘蝸壁的冷卻；4、脈沖超聲的時(shí)問(wèn)延遲。四、超聲凝固細(xì)晶技術(shù)的前景人類進(jìn)入21世紀(jì)后，物理、材料和電子等領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的飛速 發(fā)展使大功率超聲設(shè)備和耐高溫變幅桿的生產(chǎn)成為可能，特別是 非接觸式電磁超聲波的誕生為該超聲技術(shù)在金屬制備中的應(yīng)用 開(kāi)