功率超聲波對金屬熔體的處理

更新時間：2024-03-14

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　　目前，為獲得細(xì)小優(yōu)良組織，各種外場(磁場、電場以及超聲振動處理金屬熔體工藝的研究非常活躍。其中功率超聲處理金屬熔體技術(shù)對金屬凝固組織有顯著地細(xì)化作用。

　　功率超聲處理金屬熔體技術(shù)是在金屬熔體凝固過程中或在金屬熔體凝固前。通過對金屬熔體施加超聲振動來控制金屬凝固過程中組織和性能的方法，與傳統(tǒng)的孕育變質(zhì)處理技術(shù)相比，應(yīng)用功率超聲處理金屬熔體技術(shù)來控制和細(xì)化金屬凝固組織。可以避免對環(huán)境和金屬材料本身的污染，因而對液態(tài)金屬熔體進(jìn)行功率超聲處理是獲得優(yōu)良組織和性能鑄件的有效方法之一，是挖掘高新技術(shù)材料潛能的主要途徑。

　　1.熔體處理作用機(jī)理：

　　頻率在20kHz以上的聲波或物體振動頻率在此范圍內(nèi)產(chǎn)生的波可以稱為超聲波，它既是一種波動形式又是一種能量形式，且在傳媒介質(zhì)中傳播的一種機(jī)械波，當(dāng)波的閾值超過一定值后，則與傳聲媒質(zhì)相互作用，可以改變甚至破壞傳聲媒質(zhì)的狀態(tài)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)。使物體或物性發(fā)生變化。主要應(yīng)用了超聲波的空化效應(yīng)、聲流效應(yīng)。

　　2.超聲空化效應(yīng)：

　　空化作用是超聲波引起的一種物理現(xiàn)象，它是超聲波能夠細(xì)化金屬熔體的主要原因。當(dāng)超聲波作用于金屬熔體時，造成金屬液的氣體溶解度減小，形成大量的微小氣泡，在這個過程中，金屬熔體內(nèi)的微小氣泡在功率超聲的作用下被激活，會產(chǎn)生一系列的動力學(xué)過程。隨著超聲波的持續(xù)作用，空化泡將逐漸增大，當(dāng)空化泡超出某一閥值時，空化泡瞬間崩潰，空化泡內(nèi)的能量瞬間釋放，造成微小區(qū)域的高溫高壓，形成結(jié)構(gòu)起伏和能量起伏，提高合金的形核率，引發(fā)結(jié)晶。

　　3.超聲聲流效應(yīng)：

　　超聲波在金屬液傳播的過程中，由于金屬液的吸收和損耗，超聲波在熔體內(nèi)傳播時會存在衰減，因此．有限的振幅衰減從工具頭處會形成一定的聲壓梯度，強(qiáng)烈的沖擊波將碎斷晶胚帶到熔體的各個部分，同時在流動過程中將使金屬液的溫度場和成分更加均勻，對金屬液還有一定的攪拌效果。

　　4.處理中的應(yīng)用：

　　在金屬熔體處理過程中，功率超聲具有*的聲學(xué)效果。施加功率超聲后，鑄錠的凝固組織可以由粗大的柱狀晶變成均勻細(xì)小的等軸晶。同時偏析也會得到改善，減少或消除成形缺陷，改善金屬組織結(jié)構(gòu)和鑄件性能。超聲波不同的工藝參數(shù)和其他的一些實(shí)驗(yàn)條件都會對超聲波效果產(chǎn)生影響．影響超聲細(xì)化效果的工藝參數(shù)主要包括超聲功率、超聲施振時間、超聲施振溫度等。

　　5.凝固過程中的應(yīng)用：

　　超聲空化所產(chǎn)生的高溫有助于提高增強(qiáng)相與基體合金之間的潤濕性，解決了機(jī)械攪拌所受到顆粒與基體合金的充分潤濕，且易團(tuán)聚的難題。而且聲流效應(yīng)則在加速傳質(zhì)、傳熱，破壞邊界層，促進(jìn)增強(qiáng)體的分散等方面起著重要作用。因此，功率超聲在金屬基復(fù)合材料凝固過程中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。

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