Ультразвуковое усиление структуры металла

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано пользователем cy1125915 29.09.2015 в 11:17. Для улучшения структуры отливков из алюминиевых сплавов чрезвычайно эффективным методом является обработка металлической жидкости с использованием ультразвуковых вибраций. Ультразвук обладает уникальными акустическими свойствами: при его применении в процессе затвердевания металлов или сплавов структура отливки меняется с крупных столбчатых кристаллов на равномерные мелкие изометрические кристаллы. Кроме того, улучшается как макроструктурное, так и микроструктурное распределение компонентов в отливке. Существует несколько теорий относительно механизма воздействия ультразвука на улучшение структуры отливков. Наиболее распространенной считается теория, согласно которой явление пузырьков способствует образованию ядер в жидком металле, то есть речь идет о теории образования ядер ； Другая — теория разрыва дендритов. Ультразвуковая обработка представляет собой новый метод очистки расплава алюминиевых сплавов. При этом методе используется эффект кавитации, возникающий под действием ультразвука в расплаве; это приводит к нарушению целостности жидкой фазы и образованию пузырьков. Эти пузырьки способствуют сбору газов, растворенных в алюминиевом расплаве, вместе. Ультразвуковые колебания способствуют формированию кристаллических ядер внутри пузырьков, а также их слиянию до определенного размера, что обеспечивает выделение газов из расплава. На основе исследования современного состояния применения ультразвука в металлургии стали можно сделать вывод, что ультразвук обладает большим потенциалом для использования в этой отрасли. Его можно применять для удаления газов и примесей из стальной массы, а также для улучшения качества поверхности и внутренней структуры отливков. Кроме того, ультразвук может использоваться при разработке сплавов и новых материалов, требующих определенных свойств. 　　Однако в металлургической промышленности его применение ограничивается в основном деятельностью по обнаружению дефектов. Сегодня, благодаря успешному разработке новых материалов, стало возможным создание ультразвуковых преобразователей с высокими характеристиками. Это позволяет преодолеть ограничения традиционных преобразователей, связанные с низкой мощностью и эффективностью использования энергии. Таким образом, ультразвук может находить применение в металлургической промышленности, особенно в процессах очистки металлов. В Китае железная промышленность находится на этапе перехода от увеличения объемов производства к повышению качества продукции, а также к сокращению энергопотребления. Это создает благоприятные условия для дальнейшего развития ультразвука и его практического применения. Удаление примесей с помощью ультразвука. Очень сложно заставить крошечные примеси в стальном расплаве подниматься вверх; это становится возможным лишь тогда, когда они собираются вместе. Было исследовано влияние ультразвука на примеси в растворе, и был сделан вывод, что ультразвук может эффективно способствовать разделению частиц на слои и их сгруппировке. Удаление примесей с помощью вибрации: по мере увеличения частоты вибрации увеличивается количество слоев, из которых состоят мелкие шарики в растворе. В то же время сокращается время, необходимое для того, чтобы эти шарики переместились в положение, подходящее для процесса полимеризации. Это позволяет использовать контроль частоты вибрации и ультразвука для удаления примесей из расплавленного металла. Удаление газов с помощью ультразвука: когда в расплавленный металл вводятся упругие колебания, возникает явление кавитации. Это происходит из-за нарушения целостности жидкой фазы, в результате чего образуются пустоты. Вследствие этого газы, растворенные в жидком металле, собираются в этих пустотах. Благодаря упругим колебаниям звуковых волн, особенно упругим колебаниям ультразвука, возникает ядро пузырька, которое постепенно увеличивается в размерах, пока не достигнет такого размера, при котором сможет легко выйти из расплавленного металла. Влияние ультразвука на качество слитков. Ультразвук может воздействовать на кристаллизатор с целью улучшения качества поверхности слитков. Вибрации, возникающие под действием ультразвука в кристаллизаторе, могут использоваться для обработки небольших и крупных слитков, а также листового металла. При использовании ультразвуковых вибраций отрицательное скольжение не требуется. При литье малых и крупных брусков применение ультразвуковых вибраций к кристаллизатору позволяет получить очень гладкую поверхность отлитого продукта. При применении ультразвуковых вибраций во время литья слитков увеличивается расход защитной шлаковой массы, а также увеличивается глубина следов от вибраций. Усреднение размеров кристаллитов. С момента получения первых результатов по усреднению размеров кристаллитов путем применения простых механических вибраций в процессе затвердевания стального слитка, исследования в области вибрационного затвердевания привлекли большое внимание. В ранних методах вибрации использовались простые механические вибрации с низкой частотой и низкой энергетической плотностью, например, с помощью камертонов для вызывания вибраций формы вверх-вниз. При производстве литых деталей с использованием метода затвердевания под действием ультразвуковых вибраций в процессе распространения ультразвука возникают переменные по амплитуде звуковые давления, что приводит к образованию струй. Кроме того, из-за нелинейных эффектов возникают звуковые и микрозвуковые потоки. Ультразвуковая кавитация на границе раздела твердого и жидкого тела создает высокоскоростные микроструи. Все эти факторы способствуют разрушению кристаллических структур, воздействию на переднюю границу затвердевания, а также усилению процессов перемешивания и диффузии. Отсюда видно, что действие происходит везде там, где может проникнуть жидкость и где существует звуковое поле. С помощью эффекта кавитации, возникающего в ходе этого процесса, можно добиться очистки тканей, уменьшения размера кристаллов и унификации структуры тканей. Помимо механического разрушения кристаллитов, вызванного вибрацией, ещё одной важной функцией ультразвуковых вибраций при затвердевании металла является повышение эффективной степени переохлаждения металлической жидкости. Это приводит к уменьшению радиуса критического кристаллического ядра, в результате чего увеличивается скорость образования кристаллов и улучшается их структура. Применение ультразвуковой обработки в процессе непрерывного литья алюминиево-кремниевых сплавов позволяет уменьшить размер кристаллов в отливке. Это, в свою очередь, способствует улучшению пластичности и прочности этих сплавов, что делает их более пригодными для использования в строительстве и в качестве поршней в автомобильных двигателях.