超声细比晶粒和超声疲劳试验

超声细比晶粒

超声对结晶过程的影响有两方面：一是对过饱和溶液晶体生长的影响，二是在金属凝固过程中对晶粒结构的影响。强超声能加速有机和无机过饱和溶液核晶的形成过程，抑制晶体生长而得到更细更均匀的晶粒。其原因是由于空化使晶团、树枝状晶破碎和分散，使每一个晶体形成许多新的晶核，这一技术曾用于一些药物和材料的制备。

超声疲劳试验

金属材料在重复或交变载荷的作用下，会由于疲劳而破坏。金属材料承受重复或交变载荷而不被破坏的能力，称为该材料的疲劳强度或耐疲劳强度。金属材料的疲劳强度不仅与材料的性质有关，而且与许多工艺因素、结构和使用因素有关。材料的疲劳强度都是通过试验来确定的。利用超声测定材料疲劳强度的试验就是超声疲劳试验。

（1）原理与特点

在超声振动的作用下，试件内产生与激发力频率相同的谐振，此时，在试件中就会激起变化速率与外激力相等的交变应力。改变超声振动的振幅就可改变试件振动的振幅，从而可以计算出试件中最大的应力水平。因此，可以像常规疲劳试验机一样进行测试，画出疲劳曲线，定出疲劳强度。

材料的疲劳强度是以使用应力范围内材料损坏前所承受的振动次数来表示的。例如，说某种材料有10x次的疲劳强度，就是说该材料可以经受10x次振动的考验，或者说该材料的寿命为10x次。

常规的疲劳试验是在专用的试验机上进行的，其频率一般在25〜200Hz的范围内。因此，要确定疲劳强度需要很长的时间，而且试验成本较高。如果超声的频率是20kHz,则其试验速度比用50Hz频率做试验要快400倍，这是超声疲劳试验最突出的特点。

近年来，金属材料在高速或高频振动状态下使用的数量日益增多，而低速状态下试验的结果往往不能正确反映高速或高频状态下的实际情况。用超声振动进行疲劳试验，可以在很短的时间内确定出高速振动状态下材料的疲劳强度，这是超声疲劳试验的另一个突出特点。

（2）超声疲劳试验装置

图8-29是一个超声疲劳试验装置示意图，它包括三个半波部件、换能器、变幅杆与试件。在图中同时给出了整个系统中速度与应变力的变化。在试件的中部，应变力达到一个高峰，这也就是将发生疲劳断裂之处。当进行疲劳试验时，试件被激励至适当的应变级，并同时记录其所经历的破坏周期数。在适当应变范围内对一定数目的试件重复进行试验，用采集的数据就可以绘制出材料疲劳曲线。

超声疲劳试验的试件一般都要做成一定的形状，以使其固有频率与超振动系统的频率一致或接近而达到共振。假如试件本身也能有一定的应力放大则更为有利，因为这时所需的激励条件可以适当降低。图8-30是两种典型的试件结构图。