超聲波生產(chǎn)廠家淺談超聲波細(xì)化金屬凝固組織的機(jī)制

    對于超聲熔體處理細(xì)化晶粒的機(jī)制，國內(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“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)果來驗(yàn)證。

2、過冷生核理論認(rèn)為，空化氣泡的增大和內(nèi)部液體的蒸發(fā)會降低空化氣泡的溫度，使附近金屬熔液溫度瞬時降低，造成局部過冷，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，推測超聲振動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，因而使金屬熔液在宏觀上受到一定的攪拌作用，可明顯提高合金液溫度場的均勻性，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，形成了均勻的等軸晶組織。

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

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