《材料科学基础教学课件》合金凝固.ppt

第八章 合金凝固及铸件组织 §8-1 合金在铸型中凝固时溶质的重新分布 一、合金凝固过程中固液两相的平衡成分 二、液固界面的局部平衡 三、液相完全混合时的溶质分布 四、液相完全不混合时的溶质分布 五、液相部分混合时的溶质分布 1）当凝固速度很快时，R很大，ke=1，液相上基本完全不混合 2）当凝固速度很漫时，R很小， ke≈ko，液相接近完全混合 部分混合的情况下，铸锭成分不均匀程度介于两种极端情况之间 六、区域熔炼 假设液相完全混合 液相部分混合 k0=0.1 §8-2 成分过冷 一、温度梯度 二、成分过冷 界面前沿液体中溶质分布发生变化，引起凝固温度的改变。 界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度 成分过冷 成分过冷的临界条件 假定相图液相线为直线 影响成分过冷的因素 m、R、D、K0 液相线越陡（|m|↑）、R↑、D↓，越容易出现成分过冷 Ko1时，Ko↓、Gc↑、Ko1，Ro↑、Gc↑ 即液相线与固相线斜率差越大，越容易出现成分过冷 三、成分过冷时单相合金液固界面形貌的影响 当界面前沿的液体处于正温度梯度下： 1）若GGc，无成分过冷，界面为平面状 2）若GGc，较多，成分过冷较大→界面为树枝状 3）若G略于Gc，成分过冷区较小→界面为胞状 若成分过冷区增大，胞端部形状将变得不规则，形 成胞状树枝晶 §8-3 共晶和初晶组织形貌 一、共晶组织形貌 共晶的类型： 金属－金属型 金属－非金属型 非金属－非金属型 金属－金属型共晶体：层片状或棒状 具体形貌决定于两个因素 组成相的体积分数 当 共晶体为捧状， 反之为层片状 两相界面的单位面积界面能 如果给定晶面与界面平行时，单位面积界面能可以达到最小值 二元合金中加入第三组元，会影响共晶组织的形态 Al－CuAl2 共晶合金，杂质 → 层片状 → 呈扇形变化→ 树枝状 Al－Si合金，加入Na盐，Si细化，且分技增加。 Fe－C合金加入小量镁、稀土，其片状石墨发生球化，称为变质处理。 金属－非金属型共晶常具有复杂形态 原因： 1）非金属长大时，强烈的各向异性。 2）金属相和非金属粗长大时的动态过冷度有明显的差异 共晶合金液固界面形貌 二、共晶组织的形成机制 领先相 层状生长的动力学 三 、初晶组织的形貌 四、亚共晶合金铸件成分分布 1）S-L界面为平面状：出现单一共晶区 2）S-L界面为树枝状 ：枝晶间形成共晶组织 3）有些本来只有匀晶转变，由于溶质的重新分布，可能出现单一共晶区或枝晶 §8-4 金属铸锭的宏观组织 一、铸锭三区及其形成机制 二、影响铸锭组织的因素 1、机械振动 2、金属液体的流动 3、锭模的冷却能力 4、孕育处理 三、铸锭的宏观缺陷 （一）宏观偏折 1、正常偏折: 整个铸锭范围内的成分不均匀现象 （二）夹杂与气孔 （三）缩孔与疏松 （三）缩孔与疏松 先共晶相 结晶速度快的那一相  金属型初晶－树树状→ 典型的树树状 孤立的卵形 非金属初晶－多面体 三区:1）表面细晶区 2）次表面的柱状晶区 3）心部的等轴晶区 2、反偏折: 原因： 内部溶质富集的液体倒流。 当柱状纵深发展，两侧的枝晶可能局部重熔， 同时早期凝固部分发生收宿，造成柱状晶之间的空隙 和负压，从而使内部溶质浓度较易的液体沿柱间隙向 表面回流。 3、比重偏折 防止办法：1）增大冷却速度。 2）加入第三组元，凝固时首先析出比重 与液相相近的高熔点相，利用其树枝晶 阻止偏折相的沉浮。 夹杂 外来夹杂 内生夹杂 初生夹杂→从液相中折出 二次夹杂→在凝固过程或凝固及形成的 气孔 气体折出而形成的孔洞 折出型 反应型 集中缩孔 缩管 缩穴（缩孔） 疏松→分散缩孔 一般疏松 中心疏松 集中缩孔 缩管 缩穴（缩孔） 疏松→分散缩孔 一般疏松 中心疏松 * 匀晶转变的合金凝固特点： 1)不同成分的液体，凝固温度不同。 2