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對于超聲熔體處理細化晶粒的機制，國內外學者進行了大量的理論分析和推斷，提出了眾多理論。目前大多數學者都認為主要是空化效應和聲流效應共同作用的結果，超聲波生產廠家歸納主要的解釋有以下幾方面：
1、空化破碎理論認為，在空化泡崩潰過程中，局部高溫、高壓和強烈的沖擊波，能熔斷并擊碎固－液界面初生晶體和正在長大的晶體，而破碎的晶體在聲流的攪拌作用下，再次分布到熔體中，提高了生核率，從而改變固－液界面的結晶方式，即通過“形核增殖”使晶粒細化。主要的增殖機制有：機械碰撞，高速運動的微小晶粒和空泡將一次和二次枝晶臂折斷，導致晶核增殖；根部重熔，空化產生的高溫或枝晶的溫升可能使枝晶熔斷；根部再結晶剝落，聲流使流體對枝晶產生彎曲應力，從而促使橫穿枝晶根部小角度晶界的擴展，直至熔體的浸入使枝晶剝落。其中，從能量的角度看，根部重熔與再結晶剝落兩者結合的可能性大，但提出空化破碎理論的學者并未提供令人信服的試驗結果來驗證。
2、過冷生核理論認為，空化氣泡的增大和內部液體的蒸發會降低空化氣泡的溫度，使附近金屬熔液溫度瞬時降低，造成局部過冷，減小臨界晶核半徑，因而在空化氣泡的附近形成晶核，使晶核的形核率增加，組織得到細化。還有一種觀點也支持了該形核方式，空化產生的高壓沖擊波能夠使局部熔體的熔點顯著上升，有效過冷度亦隨之大大增加，從而提高形核率。
3、一些學者依據非均質形核的熱力學條件提出異質活化形核理論，推測超聲振動能夠減少晶體與熔體的界面能，使熔體中的雜質活化成為形核的有效基底，從而也能減少晶核的臨界半徑，提高形核率。
4、部分學者的觀點認為由于聲流的環流特性，使得金屬熔液能夠上下翻動，因而使金屬熔液在宏觀上受到一定的攪拌作用，可明顯提高合金液溫度場的均勻性，從而使其凝固方式由逐層凝固變為體積凝固，抑制了柱狀晶組織的生長，形成了均勻的等軸晶組織。
前人的研究取得了諸多成果，深化了對這一問題的認識。然而，上述理論研究大多集中在描述和推測，缺乏系統的實驗研究論證。
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