超聲波晶粒細化

1、超聲波在金屬凝固中的應用與發(fā)展、超聲波及其特性超聲波通常指1秒內(nèi)振動20000次以上的高頻聲波。在強度較低時, 超聲波可以作為探測負載信息的載體與媒介，稱為檢測超聲。當 其強度超過一定值，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個基本特性:1、束射特性。超聲波波長短，可以集中成一束射線。2、吸收特性。超聲波在空氣、液體和固體中均會被吸收?？諝?中的吸收最強烈，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)生急速運動，甚至會破壞其分子結(jié)構(gòu)。4、聲壓作用。

2、聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏作用，這種由 于聲波振動引起的附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。上述4個基本特性使超聲波在媒體中導致如下5種效應：力學效 應、熱學效應、光學效應、電學效應和化學效應叫。二、高能超聲對金屬凝固組織的作用（1）超聲波對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,拉伸強度從54MPa提高到 70MPa，硬度從HB17.2提高到HB19.7，同時延伸率也得到了改善。 Abramov和Gurevich使用超聲波處理具有不同點陣結(jié)構(gòu)的純金屬， 結(jié)果表明超聲處理能使具有不同點陣結(jié)構(gòu)的金屬晶粒細化，力 學性能提高。（2）超聲振動對低熔點合金凝

3、固組織的作用Eskin等采用10kw 的超聲波對鋁合金的凝固過程進行了較為深入的研究。試驗表明, 純鋁經(jīng)過超聲處理，拉伸強度可以提高6% 10%，而含有微量元素 的鋁經(jīng)過超聲處理拉伸強度卻可以提高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,對初生Si相的 細化作用十分顯著（見圖1）。（3）超聲振動對鋼和鐵凝固組織的作用超聲處理對鋼和鑄鐵的 細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st40鋼進行變質(zhì)和超聲振動的聯(lián)合 處理試驗，不僅得到了晶粒細化的珠光體組織，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 織得到細化，共晶體碳化物也得到細化。Abramov研究了超聲處理對鋼力學性能的影響己。對于鑄態(tài)亞共 析碳鋼，超聲處理后強度提高了20%30%,塑性提高了30%40%； 而過共析鋼經(jīng)超聲處理后，屈服強度提高了75%,同時塑性也有增 大。經(jīng)過超聲處理的鐵素體和奧氏體鋼無論是在室溫還是在工作 溫度下，強度和塑性同時得到了改善。三、超聲細化的機理國外眾多學者對超聲細化的機理進行了探討，提出了破碎理論和 過冷生核理論，這些理論的核心主要是聲空化現(xiàn)象。(1)超聲破碎理論。該理論認為高能超聲形成的大量空化氣泡在 超過一定閡值的聲壓下發(fā)生崩潰井產(chǎn)生激波，將己結(jié)晶長大的晶 粒打碎，使晶粒得到細化比。(2)過冷生核理論。還有一些學者認為，超聲波產(chǎn)生的空化泡的 增大和內(nèi)部液體的蒸發(fā)會降低空化泡的溫度，這將導致空化泡表 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、脈沖超聲的時問延遲。四、超聲凝固細晶技術(shù)的前景人類進入21世紀后，物理、材料和電子等領(lǐng)域科學技術(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)在金屬制備中的應用 開