超声波生产厂家浅谈超声波细化金属凝固组织的机制

    对于超声熔体处理细化晶粒的机制，国内外学者进行了大量的理论分析和推断，提出了众多理论。目前大多数学者都认为主要是空化效应和声流效应共同作用的结果，超声波生产厂家归纳主要的解释有以下几方面：

1、空化破碎理论认为，在空化泡崩溃过程中，局部高温、高压和强烈的冲击波，能熔断并击碎固－液界面初生晶体和正在长大的晶体，而破碎的晶体在声流的搅拌作用下，再次分布到熔体中，提高了生核率，从而改变固－液界面的结晶方式，即通过“形核增殖”使晶粒细化。主要的增殖机制有：机械碰撞，高速运动的微小晶粒和空泡将一次和二次枝晶臂折断，导致晶核增殖；根部重熔，空化产生的高温或枝晶的温升可能使枝晶熔断；根部再结晶剥落，声流使流体对枝晶产生弯曲应力，从而促使横穿枝晶根部小角度晶界的扩展，直至熔体的浸入使枝晶剥落。其中，从能量的角度看，根部重熔与再结晶剥落两者结合的可能性大，但提出空化破碎理论的学者并未提供令人信服的试验结果来验证。

2、过冷生核理论认为，空化气泡的增大和内部液体的蒸发会降低空化气泡的温度，使附近金属熔液温度瞬时降低，造成局部过冷，减小临界晶核半径，因而在空化气泡的附近形成晶核，使晶核的形核率增加，组织得到细化。还有一种观点也支持了该形核方式，空化产生的高压冲击波能够使局部熔体的熔点显著上升，有效过冷度亦随之大大增加，从而提高形核率。

3、一些学者依据非均质形核的热力学条件提出异质活化形核理论，推测超声振动能够减少晶体与熔体的界面能，使熔体中的杂质活化成为形核的有效基底，从而也能减少晶核的临界半径，提高形核率。

4、部分学者的观点认为由于声流的环流特性，使得金属熔液能够上下翻动，因而使金属熔液在宏观上受到一定的搅拌作用，可明显提高合金液温度场的均匀性，从而使其凝固方式由逐层凝固变为体积凝固，抑制了柱状晶组织的生长，形成了均匀的等轴晶组织。

   前人的研究取得了诸多成果，深化了对这一问题的认识。然而，上述理论研究大多集中在描述和推测，缺乏系统的实验研究论证。

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