{最终}超声波——应承希杨梦奇姜晨晨.pptx

超声波对金属凝固过程的影响,成型1304班 应承希 成型1304班 杨梦奇 成型1305班 姜晨晨指导老师：刘越,超声波的定义及性质,超声波是指频率超过2000赫兹的高频声波。由于超声波具有能量大和沿直线传播的特点，主要被分成检测超声和功率超声两类。在强度较低时，超声波可以作为探测负载信息的载体与媒介，称为检测超声。当其强度超过一定值，则与传声媒质相互作用，可以改变以至破坏传声媒质的状态、性质及结构，称为高能超声或功率超声。,超声波的四个基本特性,这四个基本特性使超声波在媒体中导致如下这五种效应：力学效应、热学效应、光学效应、电学效应和化学效应。,不同凝固方式对合金质量的影响,金属凝固过程,1.1超声波处理对形核及长大过程的影响 的机理,1.2超声波处理对过冷度的影响机理,1.细晶,2.凝固热过程,超声波的特性对于金属凝固过程有什么影响？,超声波的导入方式及设备,凝固界面前沿的液相中有晶核来源,液相中存在晶核形成和生长所需的过冷度,晶粒细化的条件,1.1超声波处理对形核及生长过程的影响,树枝晶：结晶时，固液界面将以树枝方式在空间中迁移;柱状晶：结晶时固液界面只能在空间中的一个方向自由迁移，其他两个方向受限;等轴晶：结晶时，固液界面能够在空间各个方向自由迁移；,金属凝固的典型宏观组织,1.表层细等轴晶区2.内部柱状晶区：晶粒垂直于型壁排列，且平行于热流方向3.中心等轴晶区：晶粒较为粗大,图 铸锭凝固的典型宏观组织,正常凝固情况下，在铸型壁上形成细小晶核，随后晶核沿着铸型壁向熔体内生长形成柱状枝晶。在声流作用下，长的枝晶破碎形成等轴枝晶，随着液态金属的流动，脱离的小枝晶将游离在熔体内部使得最终凝固晶粒分布均匀。,结晶:大的过冷度-尺寸较大的相起伏(晶胚)-晶核形成-晶核长大.,过冷度:金属的实际结晶温度Tn(熔点)与理论结晶温度Tm之差(T).T=TmTn 过冷度影响因素:冷却速度.,金属的本性和纯度,超声波振动可在液相中产生空化作用，形成空隙，当这些空隙崩溃时，液体迅速补充，液体流动的动量很大，产生很高的压力。当压力增加时凝固的合金熔点温度也要增加，从而提高了凝固过冷度，造成形核率的提高，使晶粒细化。,1.2超声波处理对过冷度过程的影响,足够强的功率超声波,液体介质,产生空化气泡,声压的负压相,声压的正压相,空化气泡闭合与破裂,一个周期的空化过程（声空化理论）：,空化泡在膨胀过程中，将从泡壁周围的金属中吸收大量热量，导致微区熔体温度过冷。液态金属结晶驱动力满足。,作用于,实际熔体温度T越低，液、固两相自由能差值就越大，即相变驱动力越大，这样就有利于形核的进行。通常条件下，凝固初期在型壁处由于温度低而发生大量形核。当采用超声波处理时，凝固初期合金的形核位置不仅仅在型壁处，由于空化效应造成微小区域温度的急剧降低。当这些微区满足生核所要求的温度条件时，大量的晶核将在这些区域生成，其中部分小的晶核由于声流造成的热起伏而熔化，而大的晶核就保存下来使形核核心数量增加。,=,