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超聲波生產(chǎn)廠(chǎng)家淺談超聲波細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)制

更新時(shí)間:2015-09-08  |  點(diǎn)擊率:3498

    對(duì)于超聲熔體處理細(xì)化晶粒的機(jī)制,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的理論分析和推斷,提出了眾多理論。目前大多數(shù)學(xué)者都認(rèn)為主要是空化效應(yīng)和聲流效應(yīng)共同作用的結(jié)果,超聲波生產(chǎn)廠(chǎng)家歸納主要的解釋有以下幾方面:

1、空化破碎理論認(rèn)為,在空化泡崩潰過(guò)程中,局部高溫、高壓和強(qiáng)烈的沖擊波,能熔斷并擊碎固-液界面初生晶體和正在長(zhǎng)大的晶體,而破碎的晶體在聲流的攪拌作用下,再次分布到熔體中,提高了生核率,從而改變固-液界面的結(jié)晶方式,即通過(guò)“形核增殖”使晶粒細(xì)化。主要的增殖機(jī)制有:機(jī)械碰撞,高速運(yùn)動(dòng)的微小晶粒和空泡將一次和二次枝晶臂折斷,導(dǎo)致晶核增殖;根部重熔,空化產(chǎn)生的高溫或枝晶的溫升可能使枝晶熔斷;根部再結(jié)晶剝落,聲流使流體對(duì)枝晶產(chǎn)生彎曲應(yīng)力,從而促使橫穿枝晶根部小角度晶界的擴(kuò)展,直至熔體的浸入使枝晶剝落。其中,從能量的角度看,根部重熔與再結(jié)晶剝落兩者結(jié)合的可能性大,但提出空化破碎理論的學(xué)者并未提供令人信服的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證。

2、過(guò)冷生核理論認(rèn)為,空化氣泡的增大和內(nèi)部液體的蒸發(fā)會(huì)降低空化氣泡的溫度,使附近金屬熔液溫度瞬時(shí)降低,造成局部過(guò)冷,減小臨界晶核半徑,因而在空化氣泡的附近形成晶核,使晶核的形核率增加,組織得到細(xì)化。還有一種觀(guān)點(diǎn)也支持了該形核方式,空化產(chǎn)生的高壓沖擊波能夠使局部熔體的熔點(diǎn)顯著上升,有效過(guò)冷度亦隨之大大增加,從而提高形核率。

3、一些學(xué)者依據(jù)非均質(zhì)形核的熱力學(xué)條件提出異質(zhì)活化形核理論,推測(cè)超聲振動(dòng)能夠減少晶體與熔體的界面能,使熔體中的雜質(zhì)活化成為形核的有效基底,從而也能減少晶核的臨界半徑,提高形核率。

4、部分學(xué)者的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為由于聲流的環(huán)流特性,使得金屬熔液能夠上下翻動(dòng),因而使金屬熔液在宏觀(guān)上受到一定的攪拌作用,可明顯提高合金液溫度場(chǎng)的均勻性,從而使其凝固方式由逐層凝固變?yōu)轶w積凝固,抑制了柱狀晶組織的生長(zhǎng),形成了均勻的等軸晶組織。

   前人的研究取得了諸多成果,深化了對(duì)這一問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。然而,上述理論研究大多集中在描述和推測(cè),缺乏系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究論證。

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