【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】超聲在金屬熔池內(nèi)產(chǎn)生的沖擊效應可以有效細化晶粒組織，傳統(tǒng)的聲學理論將其機理主要歸因于“空化效應”。日前，西北工業(yè)大學材料學院林鑫教授團隊與新加坡國立大學閆文韜、武漢科技大學王書豪教授團隊合作，研究發(fā)現(xiàn)在無空化效應的情況下，超聲依然能夠充分將粗大的柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉牡容S晶，發(fā)現(xiàn)了“聲流效應”細化晶粒的新物理機制，完善了超聲細化金屬組織的物理理論。
 

　　相關成果以“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)大學為論文的唯一通訊單位。西北工業(yè)大學材料學院林鑫教授、陳輝教授為論文共同通訊作者。材料學院博士生韓家森，武漢科技大學王書豪副教授、新加坡國立大學博士生葛文君、陳輝教授為論文共同第一作者。
 

　　團隊設計了不同于傳統(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的低強度超聲。研究發(fā)現(xiàn)低強度超聲的聲流效應誘發(fā)熔池產(chǎn)生高頻高速流動，對熔池糊狀區(qū)枝晶產(chǎn)生高達約3000次沖擊，超過糊狀區(qū)枝晶疲勞斷裂壽命約1個數(shù)量級，因此，使大多數(shù)枝晶發(fā)生疲勞斷裂，進而在無空化效應的情況下有效細化金屬晶粒組織。首次通過實驗證明了聲流效應在熔池中的關鍵作用，完善了超聲細化晶粒理論。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)成形缺陷的技術瓶頸，可方便地實現(xiàn)高穩(wěn)定熔池熔凝/熔覆沉積，為實現(xiàn)大尺寸復雜零件的一體化高效細晶成形制造創(chuàng)新了一條新的重要途徑。
 

　　圖.實驗和數(shù)值模擬揭示聲流效應影響金屬熔池熱流動與凝固機理，在IN718、SS 316L等金屬材料中證明具有普適性。