快速凝固技术对铸件微观组织的影响研究

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1、快速凝固技术对铸件微观组织的影响研究唐兴风(青海省工业职业技术学校)摘要：文章就快速凝固技术以及快速凝固技术对铸件微观组织的影响机这样的粒度是通常的凝固速度所达不到的，固态下的再结晶也只能理进行了探讨。勉强达到。冷淬枪样品中心的多层部分是柱状晶，每层互相错入，形关键词：Rill凝固铸件组织成很好的接触。活塞法制备的单层等厚薄片中的组织是柱状晶过渡快速凝固技术的概念起源于P．杜威兹。追溯快速凝固发展的动到等轴晶，这和铸锭中常见的柱状晶与近冷却面的等轴部分为~I~I力，主要来自普通铸锭或铸件的偏析。偏析可以分为两类：小范围内

2、似。急冷薄带的结晶状态基本上是柱状晶，它和上表面之间或有或无的偏析(微观偏析)和大范围内的偏析(宏观偏析)。前者发生在枝晶等轴晶带。表面熔化和快速凝固处理所形成的结晶特征是平行于上范围内，约1门0～1门0000m数量级。后者发生在整个铸锭或铸件表面并沿处理点移动方向柱状晶得到发展。雾化凝固颗粒中有多种尺寸范围内，达厘米甚至米数量级。结晶状态，从少量等轴晶或柱状晶(粒度约等于颗粒直径)到大量的微观偏析只有在铸造组织受化学试剂腐蚀后才露出来。组织受细化等轴晶。腐蚀程度的不同，即说明存在着合金元素的浓度梯度。一般枝晶臂间2．2

3、成分在快速凝固合金中成分均匀化或偏析减小表现在两距与凝固冷却速率密切相关。对于已研究的各种工程合金材料，枝晶个方面，一方面是溶质元素不均匀分布或偏析的范围明显减小。通常臂间距与冷却速率成反比关系。一般可以通过工业高温热处理使偏采用产生树枝晶偏析的二次枝晶臂间距作为成分偏析范围或偏析距析溶质充分均匀化。对于普通铸品，因为凝固缓慢，有充分时间和空离的的标志，而快速凝固合金由于晶粒明显细化，所以偏析范围从一间进行扩散，而产生宏观偏析。即使长时间高温均匀化热处理，组分般铸态合金的几毫米到几十微米减小到o．1~025um。枝状晶间

4、距的浓度梯度仍然存在，因此宏观偏析成为工业生产中的一大难题。d和冷却速度T的关系为：d=a-~一b1快速凝固技术通常用由液态到固态的某一确定冷却速率值(如大于1Os℃／S)式中d为枝状晶间距。bI，a一5Om(K／s)。可以看出，枝状J来定义快速凝固。快速凝固即指增加凝固时的冷却速率，能缩短其枝晶间距d随着冷速增加明显减小。另一方面，由于快速凝固后固液晶臂间距。枝晶臂间距越小，第二相(夹杂和显微孔洞)也越细小，分界面前出现非平衡溶质分配或溶质捕获现象，使合金的成分不均匀布也越均匀，从而可获得显微结构均匀的合金。程度或偏析

5、程度大大减小。通过缩短凝固时间，使凝固过程中金属内部为生成粗晶组织或2．3缺陷密度与铸态合金相比，快速凝固合金中的空位、位错偏析组织的时间和空间条件均不具备，从而得到均匀的金相组织。等缺陷密度有较大增加。由于液态合金中空位形成能比固态合金的1．1急冷凝固技术急冷凝固技术的核心是要提高凝固过程中空位形成能小得多，所以液态合金中的空位浓度比固态合金高得多，熔体的冷速，从热传输的基本原理可以知道，一个相对于环境放热的快速凝固时大部分空位来不及析出而留在固态合金中；另一方面，由系统的冷速取决于该系统在单位时间内产生的热量和传出系

6、统的热于凝固速度很高，晶体长大过程中也容易形成空位，因而使快速凝固量，因此对金属凝固而言，提高系统的冷速必须要求：第一，减少单位合金一般有很高的空位浓度。例如快速凝固Pb的空位浓度比固态时间内金属凝固时产生的熔化潜热：第二，提高凝固过程中的传热速度。根据这两个基本要求，并针对常规铸造凝固时熔体在体积很大的淬火时的空位浓度高5倍。同时，由于合金在快速凝固过程中受到较大的热应力，空位聚集崩塌后会形成位错环，这些因素都使快速凝铸模中同时凝固、热量不易迅速传出和固态淬火时主要通过对流传固合金中的位错密度特别是位错环密度比一般铸态

7、合金增加很多。热因而冷速不高等问题，急冷凝固技术的基本原理是设法减小同一时刻凝固的熔体体积并减小熔体体积与其散热表面积之比，并设法此外，快速凝固合金的层错密度也很高。尤其在Cu、Ni、Ag、Au与减小熔体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻以及主要通过传AI、Zn、Cd、Sn组成的二元合金中层错密度更高～些。快速凝固合金中空位浓度和位错、层错密度的这些特点对合金的溶质扩散，相变以导的方式散热。1．2大过冷凝固技术与急冷凝固技术相比，大过冷凝固技术的及性能都会产生重要影响。2．4亚稳相合金在快速凝固后形成许多新的亚稳相是其

8、微观原理比较简单，就是要在熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件，从而获得大的凝固过冷度。通常在熔体凝固过程中促进非均匀形组织的结构的一个主要特点。亚稳相是指在相空间中于一定的温度、核的形核媒质主要来自熔体内部和容器壁，因此大过冷技术就是主压力、成分等状态条件下吉布斯自由能G比稳定相或平衡相高的要从这两个方面设法消除