超声波在铸造的应用讲义.ppt

汇报人：1111;汇 报 内 容; 现代科学技术的发展不仅对材料性能要求越来越高,而且对环保要求也日趋严格。传统的冶金化学手段细化凝固组织工艺受到了环境理念的质疑和挑战,凝固技术正朝着高效、环保的方向发展。如何能在不“污染”环境及材料的前提下实现对金属凝固过程和凝固组织的控制是冶金及材料工作者长期追求和奋斗的目标。 基于上述发展思路,在凝固过程中施加物理场处理技术成为提高材料性能的重要工艺手段之一。外加物理场处理技术是在金属凝固前或凝固过程中对金属熔体施加物理场,利用金属和物理场相互作用,改善其凝固过程和组织的一种技术。该技术具有环境友好、操作简便等优点。 ;; 超声波通常指的是频率高于20000HZ的声波。从其使用用途来分包括检测超声、功率超声和医学超声。功率超声处理是通过超声能量对物质的作用来改变或加速改变物质???一些物理、化学和生物特性或状态的技术。 采用特定的导入设备,将功率超声波施加到液态金属的凝固过程中,通过功率超声波在凝固金属中形成的多种效应的综合作用,改变金属的凝固过程,最终改善或控制金属材料的凝固行为,获得优良组织和性能的材料。 ;(1)线性的交变振动作用。由于媒质在一定频率和声强的超声作用下作受迫振动,媒质的质点位移、速度、加速度以及应力等分别达到一定数值而产生一系列超声效应。当介质中存在液相和固相,质点的运动为横波与纵波的叠加。图1为超声波传播过程中质点运动和波动示意图。 (2)大振幅声波在媒质中传播时会形成锯齿形波面的周期性激波,在波面处造成很大的压强梯度,因而能产生局部高温高压等一系列特殊反应。 ;超声波在媒体中传播的效应;声流效应 超声波在液体中传播时产生有限振幅衰减使液体内从声源处开始形成一定的声压梯度,导致液体高速流动。在高能超声情况下,当声压幅超过一定值时,液体中可以产生一个流体的喷射。此喷流直接离开超声变幅杆的端面并在整个流体中形成环流。声流是环流与紊流的结合。;热效应 超声波是一种机械波,具有良好的定向性和聚焦性。当超声波在液体介质中传播时,质点首先受到机械作用,部分机械能又转化为热能。当声强达到空化闺值时,还可能产生空化效应。因此,超声波热效应源于其机械效应,温热效应和空化效应。热效应应用在如声能吸收而引起的整体加热,边界处的局部加热等场合。 ;衰减效应 超声波在介质中传播时,随着传播距离的增加其能量逐渐衰减。按照引起声强减弱的不同原因,可把声波衰减分为三种:扩散衰减、散射衰减和吸收衰减。 (1)超声波的扩散衰减:扩散衰减主要决定于声源的形式,对于点声源来说,它的波是各个方向都在传播的,所以随着传播距离的增加,单位面积上所具有的能量就减小。这就是明显的扩散衰减。 (2)超声波的散射衰减:当超声波在其传播过程中遇到由不同声阻抗介质所组成的界面时,就将产生散乱反射(简称散射),被散射的超声波在介质中沿着复杂路径传播下去,从而损耗了声波的能量,这种衰减就叫做散射衰减。 (3)超声波的吸收衰减:超声波的吸收是由介质的导热性、粘滞性及弹性滞后造成的。声波的吸收将声能直接转换为热能。这是超声波衰减的重要原因。 ;超声波处理工艺;二 研究现状; G.N.Kozhemyakin研究了功率超声波振动对Sn-Sb晶体凝固过程生长的影响。结果表明,超声波振动能影响Sn-Sb晶体的生长方向,择优的晶粒取向有利于提高晶体的性能。 下图为超声波处理对锡锑合金微观组织的影响。对此种合金的研究结果表明,超声波处理能显著细化合金的微观组织,改变β相形貌,使尖锐棱角的立方体刀相破碎为均匀细小的粒状,棱角有钝化趋势,并可消除比重偏析。 ;2.2 声波在中温合金凝固过程中的应用; C.K.Jen和H.Soda研究了超声振动对具有不同微观组织(胞状、树枝状和多面体)的二元Al一Cu、Bi一Cd合金凝固过程的作用。以前在这一领域内的研究仅限定在具有树枝状结构的低熔点合金,此实验中选用具有不同成分、不同微观组织的材料进行研究,深化了以前在这领域的研究。实验采用顶端导入,在温度高于液相线10℃以上时,导入2OkHZ的超声振动,在温度低于固相线10℃时停止导入。实验结果表明,这些合金重熔凝固后,组织明显细化。然而对于合金重熔后是否还具有超声波的影响,这个问题尚存在争议。 ; 黄笑梅等人通过高能超声波搅拌法制备了半固态Al-5%Cu合金，研究了高能超声波处理熔体的温度、处理时间及超声波输出功率对合金组织形貌的影响。; 结果表明，当铝合金熔体温度在610℃-660℃之间时，随着熔体温度升高铝合金的初生晶粒形貌逐渐变成细小的球状颗粒；当熔体温度为660℃时，随着导入超声波的功率增大和搅拌时间增长，合金的初生相形貌由粗大的枝晶状逐渐转变为细小的球状颗粒。 ; 李军文