金属熔炼第六讲.ppt

* 凝固区又可划分为以固相为主的固液区和以液相为主的液固区。在固液区内，固相已连接成一整体的晶体骨架，技晶间残留的少量液体互不流通。最后凝固收缩时，枝晶间得不到别处金属液的补充而形成缩松。在液固区内，固相悬浮在液体当中，可以自出移动和长大。 * 图中Tl是金属的熔点，T1和T2是铸锭断面两个不同时刻的温度场。顺序凝固时，由于固／液界面是平滑的，所以当液体凝固发生体收结时，可以不断地得到液体的补充，因而铸锭产生分散性缩孔的倾向小，但在铸锭最后凝固的头部易形成集中缩孔。此外，界面附近出现裂纹时，固有液体的充填而愈合，所以铸锭的热裂倾较小。合金的结晶温度范围小，或铸锭断面的温度梯度较大的情况下，凝固区的宽度便窄。 铸锭顺序凝固时易于得到柱状晶，即凝固区众窄，铸锭中形成柱状晶的倾向众大。省合金成分一定，连续铸锭比铁模铸锭的柱状晶发达。因为前者冷却强度大，温度梯度大，凝固区窄。纯金属铸锭的径固区宽度接近于零，因而纯金屑比合金更易于生成校状晶。可见，保持狭小的径固区宽度是获得柱状晶的重要条件之一。 * 这种过程几乎是在整个凝固区内同时进行的， 故称为同时凝固，亦称为体凝固。 * 铸锭以同时凝固方式进行凝固时，由于温度梯度小、结晶潜热散失慢及溶质的偏析，液体的过冷度减小，能达到临界尺寸的品核总数并不很多，故为数不多的小晶体在宽起固区内，易于自由长大成粗大的等勒枝晶。粗大枝品互相连接后、封闭住的残余液体最后凝因而形成分散性缩孔。由此可见，集中缩孔和分散性缩孔虽然部是由于最后凝固的地方得不到液体的补充而产生的，但前者是顾序凝固的结果．后者是同时凝固的结果。宠凝固区的合金枝晶发达，流动性差，一且出现晶间裂纹，难以得到液体的充填而愈合，故热裂倾向较大。 * 水冷模中铸锭的凝固——以界面热阻为主 用于连续铸锭传热的经验公式： 连续铸锭凝壳厚度： 平均凝固速度： 液穴深度 扁锭： 圆锭： * 水冷模中铸锭的凝固——以界面热阻为主 * 无水冷铁模中铸锭的凝固 无水冷铁模中铸锭的凝固特点，是在模壁和凝壳内部有温度梯度。假定模壁／凝壳界面热阻小而忽略不计，模壁足够厚，其外表温度保持T0不变，金属液没有过热。凝固过程中某一时刻的温度分布如图4-20所示。 * 无水冷铁模中铸锭的凝固 凝壳导热微分方程为： * 无水冷铁模中铸锭的凝固 * 无水冷铁模中铸锭的凝固 * 无水冷铁模中铸锭的凝固 （4. 43） （4. 44） * 无水冷铁模中铸锭的凝固 * 影响凝固传热的因素 金属性质：金属的导温系数a代表其导热能力的大小。a大，铸锭内部温度易于均匀，温度分布曲线就比较平坦，温度梯度小；反之，温度分布曲线就比较陡，温度梯度大。 随合金化程度的提高，金属导热性降低，因而铸锭断面的温度梯度增大。 金属的结晶潜热大，向凝壳传输的热量多，模壁温度高，故降低铸锭的冷却速度和断面的温度梯度。 金属的凝固温度高，铸锭表里温差大，温度分布曲线陡。 * 锭模和涂料性质 铸锭的凝固主要是因模壁吸热而进行的，模壁外表面向周围介质辐射和对流散热的作用不大。因此，铸锭的凝固速度主要取决于锭模的冷却能力。 锭模的蓄热系数大，冷却能力强。模壁厚度和温度对冷却能力也有一定的影响。在铁模铸锭和其他条件不变时，厚壁锭模比薄壁锭模的冷却能力稍强。但由于铁模的导热系数较小，锭模增大至一定厚度以后，其冷却能力便不再增强。 模壁厚度对水冷模的冷却能力无明显影响。为防止变形，模壁宜较厚。 模温在50－150度范围内变动，对铸锭的凝固速度和晶粒组织几乎没有影响。 * 涂料分为耐火性涂料和挥发性涂料两种。氧化锌等耐火性涂料，因导热性差，增大模壁／铸锭界面的热阻，故降低铸锭的凝固速度，延长凝固时间。 挥发性涂料留在模壁上的残焦，可减小界面热阻，使传热性能力有所改善。生产中常用改变涂料层厚度、组成及性质的方法来调节铸锭的冷却速度，改善铸锭的表面质量。 锭模和涂料性质 * 浇注工艺 浇注工艺主要包括浇注温度、浇注速度及冷却强度，三者互相配合才能有效地控制凝固传热过程，从而获得所要求的铸锭组织和质量。 生产上多用40-150度的过热度或取液相点的1.05-1.13倍温度作为浇注温度。 在这样的过热温度范围内，金属的过热量比潜热要小得多。所以，在水冷模及连续铸锭的情况下，浇注温度对铸锭断面的温度分布影响很小。 * 浇注速度对传热过程的影响与铸锭方法和铸锭的尺寸密切相关。水冷模和连铸结晶器的表面温度接近于冷却水温度，提高浇速，带入模中的热量多，因此铸锭断面的温度梯度大，同时凝固速度也增大，如图4-22所示。无水冷铁模铸锭时，提高浇速，会使温度梯度和凝固速度有所降低。 浇注工艺（浇注速度） * 浇注工艺（浇注速度） * 冷却强度是指铸锭周围介质(如模壁、冷却水等)在单位时间内导