2快速凝固技术

《2快速凝固技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章快速凝固技术§1概述一、快速凝固快速凝固是指采用急冷技术或深过冷技术获 得很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。冷却条件冷却速率/(K·S-1)组织特征工业冷却速率砂型铸件和铸锭10-3---100平衡条件的晶粒组织,如粗树枝晶,共晶和其他结构。中等冷却速率薄带，模铸件，普通雾化粉末100---103精细显微结构,如细树枝晶,共晶和其他结构。特殊显微结构,如扩大固溶雾化细粉、喷雾103---106快速凝固沉积、电子束或度，微晶结构，亚稳结晶激光玻璃化处理相，非晶结构。二、快速凝固技术发展历史1960年美国加州理工学院的PDuwez等采用一种独特的熔体急冷 技术

2、，第一次使液态合金在大于107K/s的冷却速度下凝固（Ag- Ge,Cu-Ag,Au-Si）。他们的发现，在世界的物理冶金和材料学工 作者面前展开了一个新的广阔的研究领域。在快速凝固条件下， 凝固过程的一些传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡。经典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应，成为凝固过程研究的一 个特殊领域。自Duwez从1960年创立快速凝固技术以来，这一技 术已经不断完善和系统化，并逐步由实验室研究转向商业生产。快速凝固技术研究已经经历了三个发展阶段：1960年代的非晶态急冷合金研究 1970年代的快速凝固晶态合金研究 1980年代以后的准晶态合金研

3、究。三、快速凝固组织的特征1、偏析形成倾向减小随着凝固速率的增大， 溶质的分配因数将偏离平衡，其趋势是不论溶 质分配系数k>1还是k<1，实际溶质分配因数 总是随着凝固速率的增大趋近于1，偏析倾向 减小。2、非平衡相的形成在快速凝固条件下，平衡相的析出可能被抑制，析出非平衡的亚稳相。3、凝固组织细化大的冷却速率不仅可以细 化枝晶，而且由于形核速率的增大而使晶粒细 化。随着冷却速率的增大，晶粒尺寸减小，获 得微晶，乃至纳米晶。4、微观凝固组织的变化在凝固过程中，冷却速率的变化会对凝固组织产生影响，当达到绝对稳定的凝固条件时，可获得无偏析的凝固组 织。除此之外，大冷

4、却速率还可以使析出相的 结构发生变化。随合金类型与成分的变化，相 同成分的合金在不同冷却速率下可获得不同的 组织。5、形成非晶态组织当冷却速率极高（凝固条件适当）时，结晶过程将被完全抑制，获得非晶态的固体。四、快速凝固的方法1.动力学急冷法2.热力学深过冷法动力学急冷法原理：通过提高熔体凝固时的传热速率从而提高凝固时的冷却速率，使熔体形核时间极短，来不及在 平衡熔点附近凝固而只能在远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度和凝固速率。在动力学急冷凝固技术中，根据熔体分离和冷却方式 的不同，可以分成雾化技术、模冷技术和表面熔化及 沉积技术三大类。雾化技术

5、雾化技术是指采用某种措施将熔体分离雾化，同时通过对流的冷却方式凝固，其主要特点是在离心力、 机械力或高速流体冲击力等作用下分散成尺寸极小 的雾状熔滴在气流或冷模接触中迅速冷却凝固。流体雾化法雾化技术离心雾化法机械雾化法金属熔体在上室的坩埚中感应熔化，从坩 埚底部的小孔中流 出，在高压、高速雾 化气流的冲击下，金 属熔体经过线状、片 状、熔滴状三个阶段 被逐步分离雾化，并 在气流的冷却下凝固 成粉末；模冷技术模冷技术：使金属液接触固体冷源并以传导的方式散热而实现快速凝固。其主要特点是首先把熔体分离成 连续或不连续的、界面尺寸很小的熔体流，然后使熔 体流与旋转或固定

6、的、导热良好的冷模或基底迅速接触而冷却凝固。枪法双活塞法熔体旋转法模冷技术平面流铸造法熔体提取法急冷模法表面熔化与沉积技术工作原理：f小于0.5g的母合金放置在石英管中， 经感应圈3加热熔化后，高压室1中突然通 入2∼3GPa(20410∼3060)个工业大气压)的 高压气流，使位于高压室1和低压室4之间 的聚酯薄膜2破裂，从而产生冲击波，将 金属熔体分离成细小的熔滴，并使其加 速到每秒几百米的速度，然后喷射到导 热性良好的固定铜模5上，熔滴迅速凝固 成箔片。f由于熔滴的速度很高，象子弹一样， 所以该方法称之为“枪”法。“枪”法工艺示意图1-高压室，2-聚酯薄膜

7、，3-感应线圈，4-低压室，5-铜模表面熔化及沉积技术利用高能束对材料表面进行快速加热，并利基体材料的激冷作用进行快速凝固的技术。通常使用的高能束有：激光、高能电子束等。激光表面熔化工艺示意图1-激光束，2-聚焦点，3-保护气体，4-聚焦镜，5-工件，6-电机，7-旋转盘热力学深过冷快速凝固深过冷技术的核心是：设法在金属熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条 件，获得大过冷度，提高凝固速度。关键：净化金属液体，抑制非自发形核热力学深过冷方法乳化法两相区法电磁悬浮熔炼法落管法微重力法循环过热净化法熔融玻璃净化法化学净化法复合净化法§2粉体材料快速凝固制备技术将液态金

8、属分散成液滴，使散热的比