一快速凝固技术教案.ppt

（五）快速冷却和快速凝固的区别 以冷却速度来表征快速冷却的程度。冷却速度在整个温度域并非定值，因此要注意其温度范围。常采用凝固即将开始时的数值，或固液相共存区的平均值。 对于快速凝固过程，采用适当的假设和边界条件解热平衡方程式，可求解冷却速度。也可采用热电偶和示波器实测，或者通过测量试样的枝状晶二次枝晶间距和共晶层间距，求出凝固速度，再运用凝固速度和冷却速度的关系式求出冷却速度。 快速冷却可产生过冷，冷却速度越快，过冷度越大。从热力学角度看，过冷度越大，产生各种亚稳定相的可能性就越大。当然，过冷并非只能通过快速冷却得到，通过抑制凝固过程的形核，也可使合金熔液获得很大的过冷度。 （1）力学性能。 由于快速凝固组织具有良好的晶界强化和韧化作用，而且成分均匀、偏析减小、固溶度增大以及亚稳相产生，因而改善了合金的强度、韧性和延性。 （2）物理性能。 快速凝固组织的微观组织结构特点，使它们具有一些常规铸态组织所没有的特殊物理性能。 实现液态金属快速凝固的最重要条件，是要求液/固相变时有极高的热导出速度。 依靠辐射散热，对于直径为1μm，温度为1000℃的金属液滴，获得的极限冷却速率只有103K/s，可见冷却速度不高； 通过对流传热，将导热良好的氢或氦以高速流过厚度为5μm的试样，获得的极限冷速为1×104~2×104 K/s； 要获得高于106 K/s的冷速，只能借助于热传导。 用热传导方法获得高的凝固速率的条件是： 液体金属与铸型表面必须良好接触； 液体层必须很薄； 液体与铸型表面从开始接触至凝固完了时间要尽可能短。 1.2 快速凝固的物理冶金基础 根据傅里叶导热定律知 将式（1-2）至式（1-4）带入式（1-1） 则可求得凝固速度为： 假定液相在凝固过程中内部热阻可忽略不计，温度始终是均匀的，凝固过程释放的热量通过铸型均匀散出，其热平衡条件可表示为 Q1，Q2，Q3可如下求出 式中，A为铸型与铸件的界面面积； q为界面热流 密度；VC为冷却速度， 为负值；VSV为体积凝 固速度， ；V为铸件体积； △h为结晶潜 热；ρS、ρL、ρ 分别为固相密度、液相密度及平 均密度；CS、CL分别为固相、液相的质量热容； 分别为固相体积分数和液相体积分数。 近似取 , ,并且已 知 ，则由式（1-6）至式 （1-9）可 得出: 3、定向凝固法 定向凝固是使熔融合金沿着与热流方向相反的方向按要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。 定向凝固的必备条件： 1）热流向单一方向流动并垂直于生长中的固-液界面 2）晶体生长前方的溶液中没有稳定的结晶核心 措施： 1）避免侧向散热； 2）靠近固液界面的溶液中有较大的温度梯度。 1.4 快速凝固制备工艺 二、液态急冷法 将液流喷到辊轮的内表面或辊轮的外表面或板带的外表面来获得条带材料。 平面流铸法的特点： 优点： 平面流铸熔潭小于自由喷射溶液自旋工艺的熔潭，熔潭的稳定性大大增加，又因为平面流铸制取的带材很薄，避免了由于熔潭自由表面不稳定而引起的湍动喷射； 熔潭和冷却辊轮表面接触良好、稳定，冷却速率的波动很小，均匀性增加，冷却速率提高，从而有利于改善条带的表面质量保证尺寸均一性和组织均匀性。 缺点： 喷嘴辊轮间隙距离太窄小，各工艺参数间相互依附，相互影响使平面流铸生产过程更加难以控制，对平面流铸熔潭的研究也更加难以进行 三、束流表层急冷法 采用激光、电子束、粒子束进行表面层快速熔凝。 ● 只改变组织，不改变成分 表面上釉，表面非晶化等 ● 即改变成分，又改变组织 表面合金化、表面喷涂后激光快速熔凝、离 子注入后快速熔凝等 ● 常用激光快速熔凝 1.5 快速凝固技术在金属材料中的应用 一、金属粉末的快速凝固 1）水雾化法 制备的粉末形状不太规则 2）气雾化法 制备的粉末细小、均匀，形状相对规整，近似球形，粉末收得率高。 3）喷雾沉积法 把雾化制粉过程和金属成型结合起来，简化生产工艺，降低生产成本，解决了粉末表面氧化的问题，消除了原始颗粒界面对合金性能的不利影响。 优点：容易成型连续等径、表面质量好的线材。缺点：生产效率很低，不适于生产大批量工业用线材。 三、金属带材的快速凝固 1）单辊法（熔体甩出法） 2）双辊法 3）溢流法 四、金属体材的快速凝