金属熔炼与铸锭第十讲铸锭晶粒组织及其细化解析.ppt

* 10.2 铸锭异常晶粒组织 * 10.2 铸锭异常晶粒组织 Fe-3%Si二次再结晶组织 与二次再结晶相区别 * 10.2 铸锭异常晶粒组织 悬浮晶 夹在正常柱状晶区或等轴晶区中的粗大晶粒，它是优先形核生长的基体金属固溶体初晶，在固/液界面前沿温度梯度较小的过冷液体中自由长大，然后进入凝固层内而形成的。 * 悬浮晶的形成方式主要有四种： (1)液体中温度梯度较小、凝固区较宽时，脱离模壁的少数晶粒在凝固区内自由长大； (2)大型铸锭冷却缓慢时，液穴表面形成的晶粒沉积于凝固区内，得以充分长大； (3)位于气隙较大处的凝壳，由于温度回升被重熔成半凝固状态，在对流作用下凝壳边缘塌落下来的碎块； (4)尚未完全熔化的基体金属晶体碎块。 增大冷却强度，提高铸锭断面的温度梯度，缩小凝固区，可防止产生悬浮晶。 10.2 铸锭异常晶粒组织 * 铸锭中可见到一些高熔点金属化合物初晶，呈块状、片状或针状不均匀分布与基体中。 形成原因：与悬浮晶基本相同。因为浇注时间长，或浇温低，铸锭冷却缓慢，则向铸锭中部游移的化合物初晶得以在液体中自由生长成粗大晶粒。 防止措施： 适当提高浇注温度，加大冷却强度，可减少游离化合物初晶的数目，有利于防止粗大化合物初晶的形成。 严格控制合金成分或采用变质处理。 利用过热法可以细化金属化合物初晶，改善铸锭组织的均匀性。 10.2 铸锭异常晶粒组织 粗大金属间合化物 * 10.2 铸锭异常晶粒组织 * 目前只发现存在于铝合金连续铸锭中。一种由许多羽毛状片晶组成的晶粒，称为羽毛状晶，是变态的柱状晶，多分布于铸锭周边处。 位向一致的若干择优生长的羽毛状晶组成羽毛状晶群。 浇注温度高、浇速快、冷却强度大的定向凝固容易形成羽毛状晶。 同一羽毛状晶粒内部有两个不同的位向，两者以（111）面为对称面，构成柱状孪晶，也称铸造孪晶。 羽毛状晶具有较强的各向异性，降低铸锭的力学性能和加工性能。 采用较低的浇温，均匀供流，防止液穴局部过热，加入Ti或细化晶粒，或增大变形量和热处理来消除。 10.2.2 羽毛状晶 10.2 铸锭异常晶粒组织 * 10.2.2 羽毛状晶 10.2 铸锭异常晶粒组织 羽毛状晶的低倍组织特征为呈扇形分布的、有许多平行细条组成的羽毛状，尺寸较大，在铸锭截面上分布有时分散，有时连成一片； 显微组织为粗大孪晶组织，是柱状晶变种。枝晶一边为直线孪晶晶轴，另一边为锯齿状晶界 * 10.3 晶粒细化技术 细小等轴晶组织各向异性小 加工时变形均匀 使易偏聚在晶界上的杂质、夹杂及低熔点共晶组织分布更均匀 具有细小等轴晶组织的铸锭，其机械性能和加工性能均较好 希望获得晶粒更细小的铸锭。 晶粒细化技术：增大冷却强度、加强金属液流动、变质处理。 细晶的优点 * 10.3 晶粒细化技术 采用水冷模和降低浇温 对小型铸锭，采用水冷模、冷却强度大，易得到细小晶粒组织。 对大型铸锭，适当降低浇温，可在一定程度上使晶粒得到细化。 增大冷却强度 (晶粒细化技术之一) * 能更好地与模壁接触，有效发挥模壁的激冷效果 温度起伏和对流的冲刷作用，增加游离晶数目 10.3 晶粒细化技术 加强金属流动 (晶粒细化技术之二) 改变浇注方式 使锭模周期性振动 搅拌 措施： * 底注式，液面平静，对流弱，由粗大柱状晶组成 顶注式，铸锭出现等轴晶 沿模壁浇注，等轴晶区扩大，晶粒细化 采用六口沿模壁浇注，等轴晶细化显著。 10.3 晶粒细化技术 加强金属流动 改变浇注方式 * 金属流进锭模以前，先流经一倾斜冷却器，在金属液的冲刷作用下，由槽壁生成的大量晶粒，随液流而下一起进入模中，使铸锭晶粒细化。 10.3 晶粒细化技术 改变浇注方式 加强金属流动+降低浇温 * 超声波或机械振动 振动使金属液与模壁或凝壳之间产生周期性的相对运动，加速晶体的游离，细化晶粒 加强金属液充填枝晶间隙的补缩作用，提高铸锭致密性 10.3 晶粒细化技术 加强金属流动 使锭模周期性振动 * 10.3 晶粒细化技术 加强金属流动 使锭模周期性振动 振动与晶粒度的关系 浇温及振动对晶粒度的影响 振动降低组织对浇温的敏感性 * 10.3 晶粒细化技术 加强金属流动 搅拌 搅拌方法包括机械搅拌和电磁场搅动，作用和效果同于振动 搅拌器放入结晶器进行搅拌，细化晶粒效果更好 为获得细小等轴晶，应周期性改变搅拌方向或速度，避免抑制铸锭内外层间的自然对流和温度起伏而不利于枝晶的游离。 * 10.3 晶粒细化技术 加强金属流动 搅拌 电磁搅拌装置 * 添加少量变质剂，促进金属液生核或改变晶体生长过程 对于加工材料的合金，变质处理主要是为了细化基体相，并希望能改善脆性化合物、杂质及夹杂等第二相的形态和分布状况。 对于铸造合金，变质处理主要是为了细化第二相或改变其形态和分布