КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ

- процесс кристаллизации под действием УЗ-колсбаний, изменяющих условия зарождения и роста кристаллов и позволяющих получать измельчённую структуру поликристалла с улучшенными физ.-механич. свойствами. УЗ оказывает влияние на кристаллизацию почти всех веществ, однако наиб. практич. применение К. у. получила при произ-ве слитков и фасонных отливок из металлов и сплавов.

Механизм К. у. зависит от интенсивности УЗ, условий его введения в кристаллизующийся расплав, чистоты жидкого металла по твёрдым примесям и т. д.; в частности, он связан с интенсификацией тепломассообмена в УЗ-поле. При введении УЗ-колебаний высокой интенсивности непосредственно в жидкую часть слитка (рис., а) возникает возможность активного воздействия на расплав в предкристаллизац. период. Поглощение акустич. энергии, интенсивное развитие кавитации и акустических течений в расплаве приводят к дополнит. нагреву жидкой фазы на 10-15 °С и активации (смачиванию) нерастворимых примесей, в обычных условиях не участвующих в процессе К. у. Перегрев расплава устраняет возможность объёмной К. у. и переносит зону зарождения и роста кристаллов непосредственно к фронту К. у., где активация примесей создаёт избыток активных центров кристаллизации. Такое изменение условий зарождения и роста кристаллов позволяет при непрерывном литье лёгких сплавов сформировать сверхтонкую (измельчённую) структуру - т. н. нeдендритную. Полученная структура не имеет дендритного строения, и каждое её зерно по размеру равно дендритной ячейке слитка, отлитого в тех же условиях, но без применения УЗ. Слитки на основе алюминия с недендритной структурой отличаются тонким строением границ зёрен, повышенной плотностью, малым содержанием водорода, следствием чего являются высокая технологич. пластичность. Изделия, изготовленные из таких слитков деформированием, наследуют измельчённую структуру и улучшенные физ.-механич. свойства (пластичность, вязкость разрушения и т. п.).

Принципиальные схемы введения ультразвука в расплав: а - при кристаллизации лёгких сплавов методом непрерывного литья; б - при вакуумно-дуговом переплаве тугоплавких металлов; 1 - источник ультразвука; 2 - жидкая часть слитка; 3- слиток (отливка); 4 - кристаллизатор (форма); 5 - расходуемый электрод.

Если УЗ высокой интенсивности вводится в расплав через затвердевшую часть слитка (рис., б), кавитац. воздействие на фронт К. у. вызывает обламывание ветвей растущих дендритных кристаллов и вынос обломков твёрдой фазы акустич. потоками в объём жидкой части слитка, увеличивая тем самым число центров К. у. и вызывая переохлаждение расплава. При этом измельчение литого зерна, как правило, сопровождается укрупнением дендритных веточек.

Лит.: Капустин А. П., Влияние ультразвука на кинетику кристаллизации, М., 1962; Эскин Г. И., Ультразвуковая обработка расплавленного алюминия, 2 изд., М., 1988; Абрамов О. В., Кристаллизация металлов в ультразвуковом поле, М., 1972. Г. И. Эскин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.