Działanie ultradźwięków na roztopione metale w czasie ich krzepnięcia doprowadza do znacznej poprawy ich własności mechanicznych: wiąże się to bezpośrednio ze zmianą ich struktury, polegającą głównie na zmniejszeniu wielkości ziarna. Mechanizm tego działania związany jest z procesami kawitacji, które przeciwdziałają powstawaniu większych kryształów, jak też polepszeniu warunków samej krystalizacji. Główną rolę spełnia w tym ciśnienie promieniowania, które przenosi maleńkie odłamki kryształów w masę metalu, stwarzając tym samym nowe zarodzie krystalizacji, a przez stałe mieszanie roztopionego metalu doprowadza do wyrównania temperatury w całej jego objętości. W wyniku tego procesu struktura zakrzepłego metalu ma charakter mikrokrystaliczny, a sam metal uzyskuje szereg nowych cennych właściwości, jak np. wzrost twardości, wytrzymałości itd.: rysunek 23 ilustruje wspomniane zmiany w przypadku antymonu i duraluminium.
Jak wykazały badania, stopień zmniejszenia ziarna w czystym metalu, jak też i w stopie, zależy głównie od natężenia wytworzonego w nim pola ultradźwiękowego: częstotliwość ma tutaj znaczenie drugorzędne.
Przy odpowiednio dużym natężeniu udało się zmniejszyć rozmiary ziarna średnio około 5 razy w stosunku do materiału nie poddanego nadźwięko- wianiu. Dzięki dyspergującemu działaniu ultradźwięków, spowodowanemu głównie silną kawitacją, można wykorzystać je również dla sporządzania mieszanin metali, nie łączących się z sobą w zwykłych warunkach, czyli uzyskania nowych stopów o pożądanych właściwościach. Do nich należą stopy: żelazo-ołów, aluminium-miedź, miedź-olów i szereg innych. Rysunek 24 przedstawia mikroszlify próbek stopów Pb-Al i Zn-Al przed i po nadźwiękowieniu.
Omawiając wpływ ultradźwięków na ciekłe metale lub stopy wspomnieć należy również o ich roli w odgazowaniu: zjawisko to zachodzi również i w zwykłych cieczach poddanych nadźwiękowianiu. Odgazowanie metalu posiadać może duże znaczenie dla przemysłu metalurgicznego, po- prawia bowiem w dużym stopniu jakość odlewów, dzięki usuwaniu z nich pęcherzyków gazu. Rysunek 25 przedstawia rezultaty tego procesu w przypadku nadźwiękowiania aluminium.
Jedną z głównych przeszkód stosowania metod ultradźwiękowych w metalurgii są trudności wprowadzenia w gorącą masę ciekłego metalu większych energii ultradźwiękowych. Wspomniane trudności są główną przyczyną, że stosowanie ultradźwięków zarówno dla odgazowania, jak też i polepszania struktury metali i stopów nie znalazły jeszcze szerszego zastosowania.
Leave a reply