重庆大学金属凝固原理7金属凝固的宏观组织与凝固方式.ppt

第七章 金属凝固的宏观组织与凝固方式; §7-1 宏观凝固组织的形成与控制 §7-2 凝固方式与凝固时间;§7-1 宏观凝固组织的形成与控制;（3）存在着枝晶间及分枝间的液体流动（微观流动） 枝晶凝固时，发生收缩而产生负压，液体被吸入枝 晶分枝而产生微观流动 ;2.液体的流动对凝固过程的影响;（2）型壁上晶体的脱落及晶体的增殖;图7.4 型壁处形成的激冷晶向铸件内部的游离 a) 晶体密度比熔体小的情况; b) 晶体密度比熔体大的情况;溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有“脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固壳, 另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖颈”，使晶体脱落并游离出去。 ;图7.6 游离晶体的生长、局部熔化与增殖;（3）枝晶分枝的熔断脱落 ● 枝晶生长时，其分枝也因成分过冷而形成细的“脖颈”， 遇高温液体时，产生熔断脱落。;二、宏观凝固组织的形成及影响因素;图7.8 几种不同类型的铸件宏观组织示意图 （a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶 ;金属凝固的典型宏观组织;1.表面细等轴晶区的形成;2.内部柱状晶区的形成;铸 型;3.中心等轴晶区的形成;思路: 晶区的形成和转变乃是过冷熔体独立生核能力和各种形式晶粒游离、增殖或重熔的程度这两个基本条件综合作用的结果，铸件中各晶区的相对大小和晶粒的粗细就是由这个结果所决定的。凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，以及有助于游离晶的残存与增殖的各种因素都将抑制柱状晶区的形成和发展，从而扩大等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。 ;● 根据液态成形件不同的使用性能，其凝固宏观组织的要求是不同的。对一些特殊性能要求的成形件，需要获得单一柱状晶（如航空发动机的叶片、磁钢等）甚至单晶（单晶体叶片），而大量的情况是希望液态成形件获得细小等轴晶，使其具有优良的各向同性的综合机械性能。这里重点讲述等轴晶的获得及细化。;● 获得细等轴晶的措施;1.增大冷却速度（V冷↑）和降低浇注温度（t浇↓）;合理的浇注工艺 冷却条件的控制;合理的浇注工艺; 铸型中间顶注 沿型壁单孔顶注 沿型壁六孔顶注 ;低温铸造;冷却条件的控制;悬浮浇注法是在浇注过程中将一定量的固态金属颗粒加入到金属液中，从而改变金属液凝固过程，达到细化组织、减小偏析、减小铸造应力的目的的一种工艺方法。;悬浮浇注法的特点;技术原理： 通过加入金属颗粒与金属液的物理 化学、晶体学和热作用，强制金属液生核，并改 变铸型中金属液的温度分布，从而改变金属凝固 方式。 适用范围： 各种铸钢件、铸铁件、及有色合金件。 不需要特殊设备，仅要求简单辅助工装。;2.加强液体在浇注和凝固期间的流动;（1）铸型振动;（2）超声波振动;（3）液相搅拌;（4）流变（触变）铸造;; 3.孕育处理（钢及铝、镁、铜合金中称变  质处理，铁中称孕育处理）;3.孕育处理;● 加入的生核剂造成液体中很多大的微区富集，迫 使结晶相提前弥散析出 例如 Si加入铁水中，造成瞬时的很多富Si区，造 成局部的过共晶成分迫使石墨提前析出，Si的脱氧产 物SiO2及其他化合物可作为石墨析出的衬底，达到 细化组织的目的。 此类生核剂在铸铁中称为孕育剂，处理过程称为 孕育处理。;孕育衰退（孕育效果逐渐减弱）;3.孕育处理;合金种类;§7-2 凝固方式与凝固时间;一、凝固方式; ● 凝固区域及结构 ——凝固区域：铸件断面上凝固某瞬间的液相和固相共存 区域; ——凝固区域结构： ● 液—固区（液相边界和补缩边界之间，其间的倾出边 界又将其分成两个小区） ● 固—液区（补缩边界与固相边界之间） ; （1）逐层凝固方式 铸件在凝固过程中，其断面上的凝固区域宽度为零或很窄 时，凝固层由铸件表面向内一层层凝固的方式。 ;（2）体积凝固方式（糊状凝固方式） 铸件在凝固过程中，其断面上存在很宽的凝固区域，凝固 是在这个体积范围内进行的。; （3）中间凝固方式 凝固过程中，铸件断面上始终保持不宽不窄的凝固区域。;2.影响凝固方式的因素;二、凝固时间;经验计算法:; 2. “折算厚度法则”（当量厚度法则，模数） 计