金属熔体中超声声空化特性的研究进展

王旭东，黄海军，周月明

（1.宝山钢铁股份有限公司，上海 201900；2.上海交通大学，上海 200240）

超声处理是实现金属凝固细化的高效方法，大量的研究发现在液态金属及其凝固过程中引入超声能显著细化凝固组织[1～3]，而且该方法不仅较化学法具有不“污染”熔体的优点，还兼有工艺简单，普适性强、成本低廉的特点。这使得通过施加超声以控制金属熔体的凝固过程，实现晶粒细化的工艺更具吸引力和广阔的前景。

超声对金属凝固组织的影响主要是通过超声过程中产生声空化。声空化是指波在液体中传播时引发液体“撕裂”致使空穴或气/汽穴即空化泡的产生、膨胀与溃灭的一系列过程。伴随声空化的发生，在周围液体中产生奇特的声空化效应：释放压力激波,产生微射流。在金属熔体中，一方面压力激波引起平衡熔点升高造成过冷，从而促进均值或抑制形核；另一方面，在压力激波与微射流共同作用下，金属熔体浸入其中杂质表面的狭缝或凹槽中，从而“活化”杂质而形核；再者，熔体在凝固过程中，压力激波或微射流“折断”枝晶，造成晶粒增殖。通过这些方式，在金属熔体或其凝固过程中施加超声处理使得凝固组织得以细化。

1 空化泡的形成

一般认为当负压达到或超过空化阈值，液体被撕裂并形成空化泡。然而负压及撕裂过程极大地影响局部物理条件，这势必造成气体脱溶与液体蒸发，形成含气空化泡——空化气泡，或含汽空化泡——空化汽泡，或气与汽兼有的混合空化泡，而这些过程之间的相互作用并不十分清楚。……