材料成型新技术报告.doc

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1、約睜北倂花彳字理工修配材料成型新技术报告学生姓名：张凯庆学号：11L0607123学院：理工学院班级：成型L113题0：快速凝固成型技术浅析2014年9月快速凝固成型技术浅析随着对金属凝I古I技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝I古I组织的方法，其屮快速凝固已成为一•种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段，同时也成了凝固过程研究的-•个特殊领域快速冷却技术起源于1960年Duwez教授采用独特的急冷急速使金属凝固速度达到106K/S而制备出的Au75Si25非晶合金薄带。他们的

2、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_•些传输现彖可能被抑制，凝固偏离平衡。经典凝固理论屮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。有关快速凝固及合金的理论研究将给材料科学和其它有关学科注入新的活力，而且对快速凝固合金的微观组织结构与凝固参数之间的关系、对合金相的形成，特别是亚稳晶态相、非晶和准晶形成机制的研究，都将对固体物理等基础理论构成严峻的挑战。(一)快速凝固的原理快速凝固是指通过对合金熔体的快速冷却($104〜

3、106K/S)或非均质形核的被遏制，使合金在很大的过冷度下，发生高生长速率($1〜100cm/s)的凝固。由于凝I古I过程的快冷、起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界而偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的图1快速凝固引起的显微组织的变化组织和结构特征。加快冷却速度和凝固速率所引起的组织及结构特征可以近似地用图1来表示。从上图我们不难看出，随着冷却速度的加快，材料的组织及结构发生着显著的变化，可以肯定地说，它也将带来性能上的显著变化。(%1)快速凝固的特点1•凝固速度快，从而可以使金属在液态屮的

4、溶解度得到扩人，这样是其材料的密度有所改变，材料各部位的组织更加的紧密，改变金展屮各元素的所含比例，从而可以改变该材料的性质，使其达到某种用途的需求。2.由于凝固的速度比一般铸造的快，这样得到的凝固结晶会更加的细小，晶粒的分布更加的均匀，一定程度减少了杂质的混入，提高材料的质量，由于晶粒组织的优化，该材料的力学，化学性质会得到提高，从而使其得到更广的运用。3.由于快速凝固给材料带来的溶解度的扩大，更加精细的晶粒的析出，从而赋予了材料的高强度，高韧度，以及高耐腐蚀性。这是快速凝固技术能在工业领域得到广泛

5、运用的硬道理。4•除了金屈的快速凝固，还有一种快速凝固非晶态合金。其特点和上类似，可以使材料具有极高的强度，硬度。又因为其实处于非晶态，它在具有高强度的同时也具有较好的韧性。同吋，因为非晶态这种特殊形态，可以使材料具有良好的半导体性能，这是传统铸造方法所不能达到的。(%1)快速凝固技术的主要方法I.急冷凝同技术急冷凝固技术的核心是提高凝固过程屮熔体的冷速，从热传输的基本原理可以知道一个相对环境放热的冷速取决于该系统在单位时间内产生的热量和传出系统的热量，因此对金展凝固而言，提高系统的冷速必须要求：第一

6、，减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热;第二，提高凝固过程屮的传热速度。这里国外常采用的三种方法：急冷的模冷技术、雾化技术、表面熔化与沉积技术。表而融化与沉积技术需耍耍有激光技术的辅助，在国外这一技术得到了很好的研究利用。例如，采用激光快速凝固法制备织构化(b轴择优取向)的二钛酸顿(BaTi2O5)铁电陶瓷，使用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析晶相构成及显微组织，利用精密阻抗分析仪测试介电性能。结果表明,激光快速凝同制备BaTi2O5为高纯单斜和，具有较高致密度(相对密度大于95

7、.1%)和择优取向度(0.34・0.48),其居里相变温度(Tc)约为4439,居里温度点的最大介电常数(emax)约为6000(100kHz)，居里外斯温度(T0)为41(TC,居里外斯常数(C)为2,08X105Ko在声悬浮和强激光加热相结合的条件下，实现了三%Al-27%Cu-5o3%Si合金的无容器快速凝固，最大过冷度达到195K（Oo24TL）,冷却速率为76K/so金相分析表明，凝固组织由（AI+6+Si）三元共晶和（A1+9）二相共晶组成。在声悬浮条件下，（AI+9+Si）三元共晶显著细

8、化，（A1+8）二相共晶的组织形态丰富。在试样表层区域，表面振荡促进3个共晶相的大量形核，声流有效提高了凝同过程的冷却速率，三元共晶的晶粒尺寸显著减小。随着合金试样温度的升高，悬浮间距和谐振间距均不断增大，且悬浮间距总是大于谐振间距。在声辐射床的作用下，试样变形为屮心内凹的饼状，变形程度随声床的提高而不断增人，最大半径比为6.64,对应最大悬浮声压为1.8x10人4Pa。2.大过冷凝技术大过冷快速凝固技术的核心是在熔体屮设法消除可以作为非均匀形核媒质的杂