超声波晶粒细化
细化晶粒的途径和方法
细化晶粒的途径和方法一、控制结晶过程。
1.1增加过冷度。
要想细化晶粒啊，增加过冷度可是个很有效的办法。
这就好比冬天里，水结冰的时候，如果温度降得特别快，那冰就会形成很多小晶体。
在金属结晶的时候也是这个道理。
过冷度越大，形核率就越高，同时晶粒长大的速度就相对慢了，这样就能得到细小的晶粒。
就像跑步比赛似的，起跑的人多了，但是大家又不能跑太快，那最后形成的队伍就比较小而分散，这晶粒也就细化了。
这是大自然给我们的一个小窍门，咱得好好利用起来。
1.2变质处理。
再说说变质处理。
这就像是给结晶过程请了个“管家”。
往液态金属里加入一些变质剂，这些变质剂就像一个个小“指挥官”。
比如说在铝合金里加入钠盐，钠盐就会吸附在晶核表面，阻止晶核长大，同时还能促进新的晶核产生。
这就好比一群小蚂蚁本来要聚成一个大团，结果来了些小障碍物，大团聚不成了，就分成了好多小团，晶粒也就变细了。
这变质处理可是个很巧妙的方法，很多金属材料的生产都离不开它呢。
二、采用机械振动或搅拌。
2.1机械振动。
机械振动这个方法也很有趣。
就像我们平常抖落灰尘一样，给正在结晶的金属来个振动。
这个振动可以是通过一些设备来实现的，像超声波振动设备之类的。
这种振动就像一阵“微风”，在液态金属里吹啊吹，它能把正在长大的晶粒给“吹乱”了，让它们不能舒舒服服地长大，而是分裂成好多小晶粒。
这就好比一群羊在草原上吃草，本来要聚成一大群，结果一阵风吹来，羊群就被吹散成好多小群了。
机械振动在一些小型的金属制品生产中很实用，效果也很不错。
2.2机械搅拌。
机械搅拌呢，就更直接了。
拿个搅拌器在液态金属里搅和搅和。
这一搅和啊，就把液态金属里的温度、成分都搅得更均匀了。
这样一来，晶核就有更多机会在不同的地方产生，而且长大的时候也不会太肆无忌惮。
这就好比在一个大锅里煮粥，你要是不搅拌，米就容易结成大块，但是你不停地搅拌，米就会均匀地分布在锅里，最后煮出来的粥就很细腻。
这机械搅拌虽然简单粗暴，但是对于细化晶粒那可是相当有效。
晶粒细化措施
晶粒细化措施晶粒细化是指通过材料处理或工艺控制，使晶粒尺寸减小或均匀分布的一种方法。
晶粒细化可以改善材料的力学性能、耐腐蚀性能和热稳定性。
本文将介绍常用的晶粒细化措施。
1. 冷变形冷变形是晶粒细化的一种常用方法。
通过对材料施加外力，使其发生塑性变形，能有效地细化晶粒。
冷变形可以通过多种方式实现，包括冷轧、冷拉、冷挤压等。
冷变形的机制主要有两种：一是位错边界的移动与材料形变过程中晶粒的不断细化；二是细化后的晶粒在形变过程中形成新的形核点，从而引起晶粒尺寸的再次减小。
通过适当选择冷变形工艺参数，可以实现晶粒细化的效果。
2. 热处理热处理也是一种常见的晶粒细化措施。
通过控制材料的加热和冷却过程，可以实现晶粒尺寸的减小。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火等。
退火是指将材料加热到高温保温一段时间后慢慢冷却，以减小材料的应力和硬度，使晶粒细化。
正火是指将材料加热到一定温度，保持一段时间后空气冷却，以提高材料的硬度和强度。
淬火则是将材料迅速冷却，使材料快速固化，形成硬而脆的组织，进而细化晶粒。
选择合适的热处理方法和工艺参数，可以达到晶粒细化的效果，并改善材料的性能。
3. 添加晶粒细化剂添加晶粒细化剂是另一种常用的晶粒细化措施。
晶粒细化剂是一种在材料内部为晶粒细化提供核心的物质。
常见的晶粒细化剂包括碳化物、氮化物等。
晶粒细化剂能够提供异相核心，引导材料中晶粒的形成，并细化晶粒尺寸。
添加晶粒细化剂不仅能够改善材料的力学性能，还能够提高材料的耐腐蚀性能和热稳定性。
选择适当的晶粒细化剂，并在材料中添加正确的比例，可以实现晶粒细化的效果，并提高材料的综合性能。
4. 超声波处理超声波处理是一种新兴的晶粒细化方法。
通过在材料内部引入超声波，可以产生强大的冷变形和热处理效果，从而实现晶粒细化。
超声波处理可以激发材料内部的微小涡流和折射，使材料中的位错边界、晶界和孪晶界发生剧烈的运动和碰撞，从而实现晶粒尺寸的减小。
超声波处理还可以改善材料的组织结构、提高材料的力学性能和热稳定性。
钢的晶粒细化工艺
钢的晶粒细化工艺钢的晶粒细化工艺是通过控制钢的冷却速度和加热温度来实现的。
晶粒细化可以提高钢材的力学性能、耐蚀性和耐磨性等方面的性能。
下面将详细介绍一种常用的钢的晶粒细化工艺。
一、冷却速度控制1. 快速冷却：通过快速冷却可以有效地减小钢材中的晶粒尺寸。
快速冷却可以采用水淬或油淬等方法，将加热至适宜温度的钢材迅速浸入冷却介质中，使其迅速降温。
这种方法适用于碳含量较低的低合金钢。
2. 慢速冷却：对于高碳合金钢或需要保持一定韧性的材料，可采用慢速冷却的方法。
慢速冷却可以通过将加热至适宜温度的钢材放置在空气中自然冷却或用炉内保温等方式实现。
二、加热温度控制1. 高温处理：在高温范围内进行处理可以促进晶粒的长大，适用于需要较大晶粒尺寸的钢材。
通常在1100℃以上进行高温处理，使晶粒迅速长大。
2. 低温处理：在低温范围内进行处理可以抑制晶粒的长大，适用于需要较小晶粒尺寸的钢材。
通常在800℃以下进行低温处理，使晶粒细化。
三、表面处理1. 酸洗：将钢材浸入酸性溶液中进行酸洗可以去除表面氧化层和锈蚀物，提高表面光洁度。
酸洗还能够改善钢材的耐蚀性能。
2. 抛光：通过机械或化学方法将钢材表面进行抛光可以提高表面平整度和光洁度。
四、热处理1. 固溶处理：将加热至固溶温度的钢材保温一段时间后迅速冷却可以实现固溶处理。
固溶处理可以改善钢材的强度和塑性。
2. 淬火处理：将加热至淬火温度的钢材迅速冷却可以实现淬火处理。
淬火处理可以增加钢材的硬度和耐磨性。
3. 回火处理：将淬火后的钢材加热至回火温度并保温一段时间后冷却，可以实现回火处理。
回火处理可以调节钢材的硬度和韧性。
五、细化剂添加1. 稀土元素：稀土元素在钢中具有良好的晶粒细化效果，可以通过添加稀土元素来实现晶粒细化。
稀土元素主要包括镧、铈、钕等。
2. 微合金化：通过添加微量的合金元素如铌、钛、锰等来实现晶粒细化。
这些合金元素能够形成碳化物或氮化物，抑制晶粒长大。
六、机械加工通过机械加工如冷轧、拉拔等可以进一步细化钢材中的晶粒尺寸。
高能超声处理对晶粒细化组织和研究
目录
1
2
1、绪论 2、铝及铝合金的介绍
3、实验材料与方案
4、实验结果讨论
3
5、全文总结与展望
4 目录
5
1、绪论
1
2
1.1 选题目的与意义 1.2 铝硅合金的应用现状
3
1.3 半固态成形技术
4 Part 1
5
1、绪论
• 1.1 选题的目的与意义
•
随着科学技术的飞速发展，现代汽车制造材料的构成，发生了较大的变化，高密度材料的比例下降，
低密度材料有较大幅度的增加，有色轻金属的应用范围在不断扩大，特别是高强度、低密度、耐磨性和
耐蚀性好的材料越来越受到各行各业的青睐。
•
经过超声波处理的铝硅合金具有抗拉强度高、线膨胀系数小、耐磨性和抗蚀性好、铸造和切削性
能优良等特点，它是汽车、摩托车发动机活塞的理想材料。因此，研究超声波处理对铝硅合金的显微组
成为一种具有优良性能的工业实用材料。
致谢
• 在最后我要衷心地感谢毛老师和钟鼓博士，毛老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、 生活上给我以无微不至的关怀；感谢钟博士在我的论文完成过程中给与的指导与帮助，让我能够顺 利地完成论文。在此谨向毛老师和钟鼓博士致以诚挚的谢意。谢谢大家。 ~The end~
•
目前对于铝铁合金的研究已经取得了很大进展，使得铝铁合金在某些方面已经充分发挥其有利
作用，并在生产中已得到应用。但是，采用的高能超声波振动方法，其制备工艺复杂、设备昂贵、
制品尺寸有限，在工业应用上受到一定限制。因此，仍有必要深人研究工业上细化过共晶铝硅合金
中的富铁相，提高其综合性能的简单易行方法，使之在普通熔铸条件下实现规模化生产，从而真正
食盐结晶时常用的细化晶粒的方法
食盐结晶时常用的细化晶粒的方法
食盐结晶是人们日常生活中常见的化学实验和工业操作，其制备的过程中需要获得细小均匀的晶粒，以提高产品的质量和纯度。
以下是常用的细化晶粒方法：
1. 晶种法：将一小部分已经晶化的盐晶加入到盐溶液中，可以促进盐晶的生长和细化。
2. 搅拌法：在盐溶液中加入适量的搅拌剂，通过搅拌可以促进溶液的对流，使盐晶生长更加均匀。
3. 温控法：控制盐溶液的温度可以影响晶粒的大小和形状，通常在高温下先长出大的晶体，再在低温下通过晶种法细化晶粒。
4. 溶液浓缩法：将盐溶液慢慢蒸发，可以逐渐提高其浓度，使盐晶逐渐生长和细化。
5. 超声波法：通过超声波的作用可以使盐晶震荡和碎裂，从而获得更细小的晶粒。
以上方法都可以用于食盐结晶时的晶粒细化，具体选择哪一种方法要根据不同的实验条件和要求进行选择。
- 1 -。
细化晶粒
文献：10Ni5CrMoV钢晶粒超细化热处理工 艺研究
实验中循环淬火加热温度，应稍高于组织遗传性消 除温度和完全再结晶，使得晶粒完全再结晶，晶粒均匀。 循环淬火的保温时间为快速加热到温后短时间保温，抑 制晶粒长大，从而得到晶粒细化的效果。试样到温后保 温时间延长，晶粒开始长大。 实验探索了10Ni5CrMoV钢的循环淬火工艺参数。
变质前后的力学性能见下表：
σb/MPa 变质前 变质后 342 398
σs/MPa 195 335
δ/ % 23.1 14.2
ψ/ % 56.8 82.7
变质元素：合金
文献：Ai-Ti-C中间合金对Mg-Al合金组织 细化作用
d=300μm
d=1.5mm
如图所示，未加入Ai-Ti-C AZ61合金的晶 粒为粗大树枝晶，平均尺度约为1.5mm; 加入Ai-Ti-C后晶粒变细小，晶粒平均尺 度约为300μm。同时，加入Ai-Ti-C后， 一次枝晶间夹角仍为60°。
电磁搅拌： 电磁搅拌Al-24%Si合金的显微 组织
在常规凝固条件下，Al-24%Si中初生 Si为粗大的板片状。经过激烈的电磁搅拌， 初生Si得到明显的细化，分布均匀。搅拌 功率越大，Si越细小和圆整。
粗大板片状 团状或块状
（a）未加处理
（b）电磁搅拌
在常规砂型铸造条件下, 过共晶Al-24 %Si 合金的 显微组织由初生Si和共晶体组成, 绝大部分初生Si 呈粗 大的板片状, 少量初生Si 呈多角块状,如图(a) 所示。 若在过共晶Al-24 %Si 合金凝固过程中对其施加强烈的 电磁搅拌, 初生Si 的大小得到明显细化, 初生Si 的形 貌得到明显改善, 绝大部分初生Si 呈球团状或块状, 尖 角已经圆钝, 只有个别初生Si 呈短片状, 如图(b) 所示, 浅灰色球团状物为初生Si , 白色球状物为先共晶α-Al。
高能超声处理对晶粒细化的组织和研究
进一步深入研究高能超声处理细化 晶粒的机制，揭示超声波与金属材
料相互作用的物理本质和规律。
深入研究机制
针对现有超声处理设备存在的不足 ，开发新型、高效、智能的超声处 理设备，提高设备性能和稳定性， 降低生产成本。
开发新型超声处理设备
将高能超声处理与其他金属材料处 理技术相结合，形成联合处理技术， 以获得更佳的材料性能和更高的生 产效率。
高能超声处理对晶粒细化的组织和 研究
目录
• 引言 • 高能超声处理原理及设备 • 晶粒细化机制及影响因素 • 实验材料与方法 • 实验结果与分析 • 结论与展望
01 引言
研究背景与意义
1 2 3
超声处理技术的快速发展
近年来，高能超声处理技术在材料加工领域得到 了广泛应用，为晶粒细化提供了新的手段。
结果可视化展示
将实验结果以图表、图像等形 式进行可视化展示，以便更直
观地分析实验结果。
05 实验结果与分析
晶粒细化效果对比
01
高能超声处理前后晶粒尺寸对比
处理前晶粒粗大，处理后晶粒明显细化，尺寸分布更加均匀。
02
不同处理参数对晶粒细化效果的影响
随着超声功率和处理时间的增加，晶粒细化效果先增强后趋于稳定。
不同的超声处理参数（如超声功率、处理时间、处理温度等）对晶粒细化效果具有显著影 响，优化参数可获得更佳的细化效果。
晶粒细化机制探讨
通过对实验结果的分析和讨论，提出了高能超声处理细化晶粒的可能机制，包括空化效应 、声流效应和热力学效应等。
创新点及意义阐述
创新点
本研究首次将高能超声处理技术应用于金属材料晶粒细化领域，并系统研究了超声处理参数对晶粒细化效果的影 响规律及机制，具有重要的科学意义和应用价值。
晶粒细化的方法及原理
晶粒细化的方法及原理1. 通过快速冷却来实现晶粒细化，原理是在快速冷却的条件下，晶界迅速形成并织构，促进晶粒细化。
2. 添加晶核剂来实现晶粒细化，原理是通过引入微小颗粒，促使晶粒在其表面形成，从而实现晶粒的细化。
3. 利用外加振动来促进晶粒细化，原理是通过机械振动，使晶粒结构发生微观改变，从而实现晶粒细化。
4. 采用多次退火来实现晶粒细化，原理是在多次退火的过程中，晶粒结构逐渐细化，提高晶界密度。
5. 添加微合金元素来促进晶粒细化，原理是微合金元素的溶解度低，可以在晶界区域形成位错源，实现晶粒的细化。
6. 利用拉伸和压缩力来实现晶粒细化，原理是通过外界拉伸和压缩力的作用，促进晶粒形变和再结晶，实现晶粒的细化。
7. 采用超声波处理来促进晶粒细化，原理是超声波的作用下，晶粒结构产生微小变化，促进晶粒的细化。
8. 利用化学处理来实现晶粒细化，原理是在特定化学条件下，通过溶解和析出作用，促进晶粒的细化。
9. 采用表面强化处理来促进晶粒细化，原理是在表面形成高密度位错，从而促进晶粒的再结晶和细化。
10. 通过热处理来实现晶粒细化，原理是在特定温度条件下，通过固溶和析出作用来促进晶粒的细化。
11. 利用电磁场处理来促进晶粒细化，原理是通过电磁场的作用，引导晶界扩散，从而实现晶粒的细化。
12. 采用喷丸处理来实现晶粒细化，原理是通过高速喷射颗粒，在表面形成压痕和位错源，促进晶粒的细化。
13. 通过压力调控来促进晶粒细化，原理是在特定压力下，促进金属结构的再排列，实现晶粒的细化。
14. 利用激光处理来实现晶粒细化，原理是通过激光的作用，局部加热和冷却，促进晶粒的再结晶和细化。
15. 采用磁场处理来促进晶粒细化，原理是通过磁场的作用，调控金属晶粒的排列，实现晶粒的细化。
16. 通过轧制和拉拔来实现晶粒细化，原理是通过变形加工，促使晶粒结构发生改变，从而实现晶粒的细化。
17. 利用化学溶液处理来促进晶粒细化，原理是在特定的化学溶液中，晶粒结构发生溶解和再结晶，实现晶粒的细化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超声波在金属凝固中的应用与发展
一、超声波及其特性
超声波通常指1秒内振动20000次以上的高频声波。
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。
本文涉及的主要是高能超声。
超声波具有以下4个基本特性:
1、束射特性。
超声波波长短, 可以集中成一束射线。
2、吸收特性。
超声波在空气、液体和固体中均会被吸收。
空气
中的吸收最强烈, 固体中的吸收最微弱。
3、高功率。
由于频率高, 超声波的功率比声波大得多, 它不仅
能使所作用的介质产生急速运动, 甚至会破坏其分子结构。
4、声压作用。
声波振动使物质分子产生压缩和稀疏作用,这种由于声波振动引起的附加压力现象叫声压作用。
上述4个基本特性使超声波在媒体中导致如下5 种效应: 力学效应、热学效应、光学效应、电学效应和化学效应叫。
二、高能超声对金属凝固组织的作用
（1）超声波对纯金属凝固组织的作用Eskln 用超声波处理高纯铝,处理后使晶粒度从3.1增大到37.5,拉伸强度从54MPa提高到
70MPa,硬度从HB17.2 提高到HB19.7 ,同时延伸率也得到了改善。
Abramov和Gurevich使用超声波处理具有不同点阵结构的纯金属,
结果表明超声处理能使具有不同点阵结构的金属晶粒细化, 力
学性能提高。
（2）超声振动对低熔点合金凝固组织的作用Eskin等采用10kw
的超声波对铝合金的凝固过程进行了较为深入的研究。
试验表明, 纯铝经过超声处理,拉伸强度可以提高6%一10%，而含有微量元素的铝经过超声处理拉伸强度却可以提高20%一25%。
在连续铸造中, 用超声波处理Al一Si合金,也取得了良好的效果,对初生Si相的
细化作用十分显著(见图l)。
（3）超声振动对钢和铁凝固组织的作用超声处理对钢和铸铁的
细化效果也是十分明显的。
研究表明, 普通碳钢中含碳量越高, 超声处理的效果就越明显。
对st40钢进行变质和超声振动的联合处理试验,不仅得到了晶粒细化的珠光体组织, 而且铁素体网也
被打碎。
超声处理使W18工具钢中碳化物偏析明显减轻, 微观组
织得到细化,共晶体碳化物也得到细化。
Abramov研究了超声处理对钢力学性能的影响己。
对于铸态亚共
析碳钢,超声处理后强度提高了20%一30%,塑性提高了30%一40%；
而过共析钢经超声处理后,屈服强度提高了75%,同时塑性也有增大。
经过超声处理的铁素体和奥氏体钢无论是在室温还是在工作温度下, 强度和塑性同时得到了改善。
三、超声细化的机理
国外众多学者对超声细化的机理进行了探讨,提出了破碎理论和过冷生核理论, 这些理论的核心主要是声空化现象。
(1)超声破碎理论。
该理论认为高能超声形成的大量空化气泡在超过一定阂值的声压下发生崩溃井产生激波,将已结晶长大的晶粒打碎,使晶粒得到细化比。
（2）过冷生核理论。
还有一些学者认为,超声波产生的空化泡的增大和内部液体的蒸发会降低空化泡的温度,这将导致空化泡表面的金属熔液温度降低,因此在空化泡的附近就可能形成晶核。
Abdel一Rehim根据前人的工作,将超声处理的细晶作用归纳为以下四方面：1、空化现象引起的空冷；2、振荡器的冷却和搅拌；
3、坩埚壁的冷却；
4、脉冲超声的时问延迟。
四、超声凝固细晶技术的前景
人类进入21 世纪后，物理、材料和电子等领域科学技术的飞速发展使大功率超声设备和耐高温变幅杆的生产成为可能，特别是非接触式电磁超声波的诞生为该超声技术在金属制备中的应用
开辟了更广阔的空间。
因此，我们相信超声凝固细晶技术将会再度成为材料领域的研究热点, 而输出峰值高、负荷小的电磁脉冲超声波将会成为超声凝固细晶技术的新亮点。