【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】超聲在金屬熔池內(nèi)產(chǎn)生的沖擊效應(yīng)可以有效細(xì)化晶粒組織，傳統(tǒng)的聲學(xué)理論將其機(jī)理主要?dú)w因于“空化效應(yīng)”。日前，西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院林鑫教授團(tuán)隊(duì)與新加坡國立大學(xué)閆文韜、武漢科技大學(xué)王書豪教授團(tuán)隊(duì)合作，研究發(fā)現(xiàn)在無空化效應(yīng)的情況下，超聲依然能夠充分將粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的等軸晶，發(fā)現(xiàn)了“聲流效應(yīng)”細(xì)化晶粒的新物理機(jī)制，完善了超聲細(xì)化金屬組織的物理理論。
相關(guān)成果以“Non-contact ultrasound to assist laser additive manufacturing”為題，發(fā)表在國際著名期刊《自然·通訊》(Nature Communications)。西北工業(yè)大學(xué)為論文的唯一通訊單位。西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院林鑫教授、陳輝教授為論文共同通訊作者。材料學(xué)院博士生韓家森，武漢科技大學(xué)王書豪副教授、新加坡國立大學(xué)博士生葛文君、陳輝教授為論文共同第一作者。
團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了不同于傳統(tǒng)接觸式的非接觸式超聲裝置，在金屬熔池內(nèi)產(chǎn)生不足以形成空化效應(yīng)的低強(qiáng)度超聲。研究發(fā)現(xiàn)低強(qiáng)度超聲的聲流效應(yīng)誘發(fā)熔池產(chǎn)生高頻高速流動(dòng)，對(duì)熔池糊狀區(qū)枝晶產(chǎn)生高達(dá)約3000次沖擊，超過糊狀區(qū)枝晶疲勞斷裂壽命約1個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，使大多數(shù)枝晶發(fā)生疲勞斷裂，進(jìn)而在無空化效應(yīng)的情況下有效細(xì)化金屬晶粒組織。首次通過實(shí)驗(yàn)證明了聲流效應(yīng)在熔池中的關(guān)鍵作用，完善了超聲細(xì)化晶粒理論。此外，該非接觸式超聲模式突破了傳統(tǒng)接觸式超聲模式下誘發(fā)不穩(wěn)定熔池易引發(fā)成形缺陷的技術(shù)瓶頸，可方便地實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定熔池熔凝/熔覆沉積，為實(shí)現(xiàn)大尺寸復(fù)雜零件的一體化高效細(xì)晶成形制造創(chuàng)新了一條新的重要途徑。
圖.實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬揭示聲流效應(yīng)影響金屬熔池?zé)崃鲃?dòng)與凝固機(jī)理，在IN718、SS 316L等金屬材料中證明具有普適性。
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