材料科学基础 材料的凝固_3.pptx

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1、18.2.2共晶凝固理论对应二元合金，共晶组织是由液相同时结晶出两个固相得到的。共晶组织是一种形态，这一种组织包含两种具有不同结构的相。共晶组织分类层片状棒状（纤维状）球状针状螺旋状层片状(Al-CuAl2定向凝固)条棒状(Sb-MnSb横截面)螺旋状（Zn-Mg）2共晶组织形态针状共晶树枝状共晶放射状共晶螺旋状共晶3共晶组织立体模型示意图4若按凝固时液-固界面的性质，共晶组织可分为金属-金属型（粗糙-粗糙界面）金属-非金属型（粗糙-光滑界面）非金属-非金属型（光滑-光滑界面）Zn-Sn、Pb-Cd、Pb-

2、Sn，Al-Ag2Al、Cd-SnCd等大多是片层状或棒状共晶Al-Ge、Al-Si、Fe-C等组织形态复杂、不规则，有针状、骨骼状等5共晶组织形成片层状共晶组织形成形核和长大对于片层状共晶组织：多数是金属-金属型的共晶，其两相与液相之间的液-固界面都是粗糙界面，界面为平直状生长。但并非两相同时出现，而是某一相在液体中领先形核和生长，称为领先相。若领先相为a，则B组元就会在结晶前沿的液体中富集，促使b相在a相上形核长大，b相的析出又使得A组元在结晶前沿的液体里富集，导致a相又依附于b相形核生长。这样反复，通

3、过交替形核生长，最终形成a和b相间排列的组织。这种形核的机制为“搭桥”机制。68.3铸锭（件）的组织和缺陷Structuresanddefectsofcastings7工业上应用的零部件有两种：铸件：在实际生产中，液态金属被注入到具有一定几何形状和尺寸的铸型模具中成型得到铸件，对铸件来说，铸态组织和缺陷直接影响到它的力学性能和使用寿命；铸锭：若合金浇注成方或圆的，即得到铸锭，然后开坯，再通过热轧或热锻，最后机加工和热处理。对铸锭而言，铸态组织和缺陷不但影响到它的压力加工性能，而且还影响到压力加工后的金属制品

4、的组织和性能。88.3.1铸锭（件）的宏观组织1.表层细晶区chillzone2.柱状晶区columnarzone3.中心等轴晶区centralequiaxedzone12391.表层细晶区在浇注时，由于铸型模壁温度较低，有强烈地吸热和散热作用，使靠近模壁的一层液体产生很大的过冷度，加上模壁的表面可以作为非均匀形核的核心，因此，在此表层液体中立即产生大量的晶核，并同时向各个方向生长，而形成表面很细的等轴晶粒区。晶核激冷晶粒柱状晶粒等轴晶粒102.柱状晶区在表层细晶区形成后，由于结晶时释放潜热，故细晶区前沿液

5、体的过冷度减小，形核变得困难，只有己形成的晶体向液体中生长。此时热量的散失垂直于型壁，故只有沿垂直于型壁的方向晶体才能得到优先生长，即已有的晶体沿着与散热相反的方向择优生长而形成柱状晶区。晶核激冷晶粒柱状晶粒等轴晶粒113.中心等轴晶区柱状晶区形成时也释放大量潜热，使散热速度进一步减慢，导致柱状晶体也停止长大。当心部液体全部冷至实际结晶温度以下时，在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。晶核激冷晶粒柱状晶粒等轴晶粒12Ti-Mo-Nbsuction-castalloys13Ti-Mo-Nbs

6、uction-castandannealedalloysannealed14对铸锭组织的控制合金的铸锭一般都具有明显的三个晶区，但当浇注条件发生变化时，其三个晶区所占的比例也往往不同,甚至获得只由两个晶区或一个晶区所组成的铸锭。15对铸锭组织的控制通常有利于柱状晶区发展的因素有：快的冷却速度、高的浇注温度、定向散热等。有利于等轴晶区发展的因素有：慢的冷却速度、低的浇注温度、均匀散热、变质处理以及一些物理方法（如机械或电磁搅拌、超声波振动等）。16柱状晶优点：组织致密，另外柱状晶的“铸造织构”可以被利用。立方

7、金属的<001>方向与柱状晶长轴平行，这一特性可被用来生产用作磁铁的铁合金；还可用来提高合金的力学性能。缺点：相互平行的柱状晶接触面，尤其相邻垂直的柱状晶区交界面脆弱，并常聚集易熔杂质和非金属夹杂物，所以热加工极易沿这些面开裂。等轴晶优点：无择优取向，没有脆弱的分界面，同时取向不同的晶粒彼此咬合，裂纹不易扩展，可提高力学性能。缺点：致密度不如柱状晶。表层细晶区对铸件性能影响不大，由于是一薄层，可被机加工去除掉。178.3.2铸锭（件）的缺陷铸造缺陷的类型较多，常见的有缩孔、气孔、疏松、偏析、夹渣、白点等，它

8、们对性能是有害的1.缩孔shrinkhole大多数液态金属的密度比固态的小，因此结晶时发生体积收缩。金属收缩后，如果没有液态金属继续补充的话，就会出现收缩孔洞，称之为缩孔。缩孔是一种重要的铸造缺陷，对材料性能有很大影响。通常缩孔是不可避免的，人们只能通过改变结晶时的冷却条件和铸模的形状（如加冒口等）来控制其出现的部位和分布状况。缩孔18铸件中的气孔2.气孔gashole在高温下液态金属中常溶有大量气体，但在固态金