9.2.2铸件宏观凝固组织的控制解析.ppt

二、孕育处理 孕育处理是浇注之前或浇注过程中向液态金属中添加少量物质以达到细化晶粒、改善宏观组织目的的一种工艺方法。 孕育( Inoculation)主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质（Modification）则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。变质在改变共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的应用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法。 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 孕育剂作用机理的两类观点 孕育主要起非自发形核作用 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 通过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。 孕育剂含有直接作为非自发生核的物质 孕育剂能与液相中某些元素反应生成较稳定的化合物而产生非自发生核 在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前弥散析出而生核 合金种类 孕育剂主要组元 加入量wt% 加入方法 碳钢及合金钢 Ti 0.1~0.2 铁合金 V 0.06~0.30 B 0.005~0.01 铸铁 Si-Fe， Ca, Ba, Sr 0.1~1.0， 与Si-Fe复合 铁合金 铝合金 Ti, Zr , Ti+B, Ti+C Ti:0.15; Zr:0.2； 复合:Ti0.01 B或C0.05; Al-Ti, Al-Zr,Al-Ti-B, Al-Ti-C中间合金 过共晶Al-Si合金 P ≥0.02 Al-P，Cu-P，Fe-P 中间合金 铜合金 Zr, Zr+B, Zr+Mg, Zr+Mg+Fe+P 0.02~0.04 纯金属或中间合金 镍基高温合金 WC, NbC 碳化物粉末 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 表5-1 合金常用孕育剂的主要元素情况 孕育衰退（孕育效果逐渐减弱） 孕育剂加入合金液后要经历一个孕育期和衰退期。 在孕育期内，作为孕育剂的中间合金的某些组分完成熔化过程，或与合金液反应生成化合物，起细化作用的异质固相颗粒均匀分布并与合金液充分润湿，逐渐达到最佳的细化效果。 当细化效果达到最佳值时浇注是最理想的，随合金熔化温度和孕育剂种类的不同，达到最佳细化效果所需要的时间也不同。 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 几乎所有的孕育剂都有在孕育处理后一段时间出现孕育衰退现象，因此孕育效果不仅取决于孕育剂的本身，而且也与孕育处理工艺密切相关。 一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。 孕育剂的粒度也要根据处理温度、被处理合金液量和具体的处理方法来选择。 三、动力学细化 1．铸型振动 2．超声波振动 3．液相搅拌 4．流变铸造 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 1．铸型振动 在凝固过程中振动铸型可使液相和固相发生相对运动，导致枝晶破碎形成结晶核心。离心铸造时若周期改变旋转方向可获得细小等轴晶，说明液相和固相发生相对运动所起的细化晶粒作用。 振动还可引起局部的温度起伏，有利于枝晶熔断。 振动铸型可促使“晶雨”的形成。 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 立式离心铸造机 2．超声波振动 超声波振动可在液相中产生空化作用，形成空隙，当这些空隙崩溃时，液体迅速补充，液体流动的动量很大，产生很高的压力。当压力增加时凝固的合金熔点温度也要增加，从而提高了凝固过冷度，造成形核率的提高，使晶粒细化。 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 3．液相搅拌 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可造成液相相对固相的运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，达到细化晶粒的目的。 连铸过程采用电磁搅拌的主要作用是提高连铸坯的质量，例如去除夹杂物、消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率。在浇铸断面较大的铸坯以及浇铸质量要求较高时，电磁搅拌技术便成为首选。 4．流变铸造 流变铸造又称半固态铸造，这种方法是当液体金属凝固达50～60％时，在氩气保护下进行高速搅拌，使金属成为半固态浆液，将半固态浆液凝固成坯料或挤压至铸型凝固成形。其固态晶体随搅拌转速的增加趋于细小而圆整，机械性能显著提高。 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 这种细小圆整的半固态金属浆液由于具有较好的流动性而容易成形。因为它的温度远低于液相线温度，所以对于黑色金属的压铸件来说，能大大减轻金属对模具的热冲击，提高压铸模具的寿命，扩大黑色金属压铸的应用范围。 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 * 传统铸造a）和流变铸造b）所获得的显微组织 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 第五章 铸件及焊缝宏观组织及其控制 第五章 铸件及焊缝宏观