金属熔炼八讲.ppt

第八讲 铸锭晶粒组织及其细化;8.1 铸锭正常晶粒组织;并非所有铸锭晶粒组织都是由上述三个晶区组成的。如在不锈钢铸锭中，往往全部是柱状晶，没有中心等轴晶区，而经细化处理的铝合金铸锭中，往往全部为等轴晶，没有柱状晶区。 即使铸锭具有上述三种晶区，但各自的宽窄也会因合金、铸锭方法和工艺的不问而不同。 在同一铸锭条件下，纯金属多形成柱状晶， 合金则常形成粗等轴品。 对于同一合金，用冷却强度大的连铸方法，易于形成细长柱状晶，用铁模铸锭时可得到粗等轴晶或柱状晶。;8.1.1 表面细等轴晶区的形成;表面细等轴区的宽窄与浇注工艺、模温及模壁的导热能力、合金成分等因素有关。 浇温高，显热的散失使模温迅速升高，形成稳定晶核数减少。脱离模壁的晶粒少或易于被完全重溶，因而表面等轴晶区窄。 当模壁激冷作用过强时，细等轴晶区也变窄甚至消失。 合金中元素含量较高时，晶粒或枝晶根部易形成缩刭而游离，细等轴晶区变宽。;在表面细等轴晶区内，生长方向（立方金属为100）与散热方向平行的晶粒优先长大，而与散热方向不平行的晶粒则被压抑。使愈往铸锭内部晶粒数目愈少，优先生长的晶粒最后单向生长并互相接触而形成柱状晶区。如图6-2。 柱状晶区是在单向导热及顺序凝固条件下形成的。 固／液界面前沿温度梯度大，凝固区窄，从界面上脱落的枝晶易于被完全熔比。;8.1.2 柱状晶区的形成;柱状晶区的影响因素;提高浇温游离晶重熔的可能性增大，故有利于扩大柱状晶区，见图6－3a。但浇温提高延长了形成稳定凝壳的时间，温度起伏大，故也有利于等轴晶的形成。所以，随着挠温的提高柱状晶区变宽，等轴晶极大，如图6—4所示。;合金凝固时，由于熔质偏析产生成分过冷，促进晶体根部颈缩及脱落，使固/液界面的前沿晶核增殖， 不利于获得柱状晶，故随合金含量提高．柱状晶区变窄，见图6－3b 。 ;合金凝固时，如在固/液界面前沿能始终保持较大的温度梯度，则柱状晶区可延伸至铸锭中心，直至与由对面模壁生长过来的柱状晶相遇为止，如图6-5。;金属液内对流的影响：;柱状晶的加工性能较差，因此用于加工变形的铸锭，应减少柱状晶。;等轴晶晶核的来源 均质生核形成中心等轴晶区：中心等轴晶区是在柱状晶区包围的残余液体中，同时过冷生核而形成的。从热力学观点看，均质生核需要较大的过冷度，这在一般铸锭条件下是难以满足的。因此，均质生接形成中心等驯品区的观点早已被否定。 成分过冷引起中心非均质生核：当出现成分过冷时， 由于固/液界面处过冷度最小，柱状晶生长被抑制，而界面前沿过冷度较大的地方，利于非均质生核而形成等轴晶区。;公认的形成中心等轴晶区的方式有三种，即： 表面细等轴晶的游离； 枝晶的熔断及游离； 波面或凝完L晶体的沉积。 凝固初期在模劈附近形成的晶体，由于其比重大于或小于液体比重，也会产生对流，晶体被卷入铸锭中心，然后长大成等轴晶。;表面细等轴晶的游离;6.1.3 中心等轴晶区的形成;枝晶的熔断及游离;枝晶的熔断及游离;枝晶熔断现象在无对流的情况下也可发生。由于杖晶缩颈处表面张力大，熔点较低， 在固／液两相共存温度下保温，该处有可能被熔断，此即等温粗化模型2所示情况(见图5－9)。此外，强烈过冷形成的细小枝晶，在结晶潜热作用下，将会被熔断而形成极细小的粒状晶。在上述两种情况下，如有对流存在，则更易形成等轴晶。;枝晶的熔断及游离;晶体沉积形成中心等轴晶区的过程;与此同时，表面细等轴晶通过竞争生长形成柱状晶区（b）；;中部晶体不断长大形成中心等轴晶区。当它与由外向里生长的柱状晶相遇时，凝固过程结束，形成具有三个晶区的组织（c）。 ;晶体沉积形成中心等轴晶区的过程;综上所述，形成中心等轴晶区的主要原因是由于溶质偏析产生成分过冷，阻碍了晶体迅速形成稳定的凝壳，并使晶粒或枝晶根部形成缩颈，在对流作用下，根部带缩颈的晶粒或枝晶脱离模壁或凝壳，游离到铸锭中心起晶核增殖作用所致。;8.1.3 中心等轴晶区的形成;8.1.3 中心等轴晶区的形成;8.2.1 异常粗大晶粒 8.2.1.1 表层粗晶粒：通常，铸锭表层为细等轴晶。但是，在连续铸锭表层中，宏观组织也可能由冷隔(皱折)、细晶粒和粗晶粒组成。 消除表层粗晶粒的方法：降低结晶器内的液穴深度，供流匀稳，保持锭模内壁光滑，涂料匀薄。 其次，可通过铣面消除。;8.2.1.2 悬浮晶;形成方式主要有四种： 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； 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； 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； 尚未完全熔化的基体金属晶体碎块。;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。因此浇注时间长，