最新金属凝固学ppt课件.ppt

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1、金属凝固学表面等轴晶的晶粒细小;柱状晶区的晶粒垂直于型壁排列，且平行于热流方向.中心等轴晶区的晶粒较为粗大;表面细等轴晶区柱状晶区中心粗等轴晶区几种不同类型的铸件宏观组织示意图（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶三个晶区形成的简单过程是：金属液浇入铸型后，先在温度低的型壁上形核与生长，同时又从其上脱落与游离，从而在型壁附近沉积成细小晶粒，构成表面细晶粒区；表层细晶层形成后，液体对流强度大大减弱，固液界面前沿晶体在与型壁垂直的单向热流作用下，向中心延伸，形成柱状晶区；在柱状晶生长过程中，液体内部也将可能

2、出现过冷，形成新的等轴晶，或从别处迁移过来的游离晶生长成新的等轴晶，最终形成内部等轴晶区。二、表面细晶粒区的形成一但型壁附近的晶粒互相连结而构成稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状晶区由外向内的生长，表面激冷细晶粒区将不再发展。因此稳定的凝固壳层形成得越早，表面细晶粒区向柱状晶区转变得也就越快，表面激冷区也就越窄。三、柱状晶区的形成柱状晶区开始于稳定凝固壳层的产生，而结束于内部等轴晶区的形成。因此柱状晶区的存在与否及宽窄程度取决于上述两个因素综合作用的结果。如果在凝固初期就使得内部产生等轴晶的晶核，将会有效地抑制柱状晶的形成。四、内部等轴晶区的形成1、“成分

3、过冷”理论2、激冷等轴晶型壁脱落与游离理论3、枝晶熔断及结晶雨理论1、“成分过冷”理论该理论认为，随着凝固层向内推移，固相散热能力逐渐削弱，内部温度梯度趋于平缓，且液相中的溶质原子越来越富集，从而使界面前方成分过冷逐渐增大。当成分过冷大到足以发生非均质生核时，便导致内部等轴晶的形成。2、激冷等轴晶型壁脱落与游离理论在浇注的过程中及凝固的初期激冷,等轴晶自型壁脱落与游离促使等轴晶形成,浇注温度低可以使柱状晶区变窄而扩大等轴晶区。型壁处形成的激冷晶向铸件内部的游离a)晶体密度比熔体小的情况;b)晶体密度比熔体大的情况为什么纯金属几乎得不到等轴晶而溶质浓度大

4、的合金容易得到等轴晶呢?溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有“脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固壳,另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖颈”，使晶体脱落并游离出去。晶体与型壁交会处产生“脖颈”促使晶体发生脱落而游离游离晶体的生长、局部熔化与增殖3、枝晶熔断及结晶雨理论生长着的柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、游离和增殖导致了内部等轴晶晶核的形成，称为“枝晶熔断”理论。液面冷却产生的晶粒下雨似地沉积到柱状晶区前方的液体中，下落过程中也发生熔断和增殖，是铸锭凝固时内部等轴晶晶核的主要来源，称为“结晶雨”理论。

5、目前比较统一的看法是内部等轴晶区的形成很可能是多种途径起作用。在一种情况下，可能是这种机理起主导作用，在另一种情况下，可能是另一种机理在起作用，或者是几种机理的综合作用，而各自作用的大小当由具体的凝固条件所决定。四、影响铸件宏观结晶组织形成的因素晶区的形成和转变乃是过冷熔体独立生核的能力和各种形式晶粒游离、漂移与沉积的程度两个基本条件综合作用的结果。四、影响铸件宏观结晶组织形成的因素1.金属性质方面：强生核剂在过冷熔体中的存在GL小——生核区域宽，较长的脆弱枝晶C0，k0偏离较远——树枝晶发达，缩颈严重熔体中长时间的激烈的对流抑制柱状晶区的形成和发展

6、扩大等轴晶区的范围；细化等轴晶组织四、影响铸件宏观结晶组织形成的因素2.浇注条件方面低的浇注温度过热度小型壁易产生大量游离晶粒有助于游离晶的残存合适的浇注工艺强化液流对型壁冲刷作用的浇注工艺能扩大并细化等轴晶区四、影响铸件宏观结晶组织形成的因素3.铸型性质和铸件结构方面对薄壁件，激冷使整个断面产生较大过冷。熔体生核能力强金属型比砂型易获得细等轴晶的断面组织厚壁或铸件导热性差，激冷只产生于铸件的表面层。此时等轴晶区主要依靠晶粒游离第二节铸件结晶组织的控制一、铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响1、柱状晶生长过程中凝固区域窄，横向生长受到阻碍，树枝晶得不到充

7、分的发展，分枝较少。结晶后显微疏松、晶间杂质少，组织比较致密。但柱状晶比较粗大，晶界面积小，并且位向一致。柱状晶性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。2、等轴晶晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，位向不同，故性能均匀而稳定没有方向性。缺点：枝晶比较发达。显微缩松较多，凝固后组织不够致密等轴晶细化能够使杂质和缺陷分布更加分散，提高性能。且晶粒越细其综合性能就越好，抗疲劳性能就越高3根据具体要求选择组织塑性较好的有色金属及其合金、奥氏体不锈钢铸锭，为增加致密度，在控制可熔杂质进行除气处理的前提下——希望得到较多柱状晶。一般钢铁材料和塑性较差的有色合金及其合

8、金铸锭，为避免柱状晶区的不利作用的危害，希望获得较多的甚至全部的细小的等轴晶组织。高温工作的零