第六章铸件与焊缝宏观组织及其控制分析.doc

金陵科技学院教案【封面】 任课系部：材料工程学院 材料系 课程名称 金属材料成型原理 课程编号 0802407007 授课对象专业 材料科学与工程 课程类别 必修课 公共基础课□；学科基础课□；专业核心课□ 选修课 专业方向课□；专业拓展课□；公选课□ 总学时数 48 学分数 3 学时分配 课堂讲授 32学时； 实践课16学时 教材名称 《材料成形基本原理》 作者 刘全坤 出版社及出版时间 机械工业出版社 指定参考书 作者 出版社及出版时间 材料成形原理 陈平昌 机械工业出版社，2001 材料成型原理 陈玉喜 中国铁道出版社，2002 授课教师 杨晓莉 职称 副教授 单位 材料工程学院 金陵科技学院教案【教学单元首页】 第 1次课 授课学时 2 教案完成时间： 章、节 第六章 主要内容 第六章 铸件与焊缝宏观组织及其控制 §第一节 铸件的宏观组织 §第二节 表面激冷区及柱状晶区的形成 §第三节 内部等轴晶的形成机理 §第四节 铸件宏观结晶组织的控制 §第五节 焊接熔池凝固及控制 目 的 与 要 求 了解本课程的性质、目的及要求，对材料测试与研究方法有一个全面、系统的认识，熟悉材料现代分析的一般原理和主要方法，对各种材料分析方法的基本原理和基本应用有概略行的认识。 重点与难点 重点：铸件宏观组织的控制（孕育处理） 难点：焊接速度对晶粒生长形态的影响。 教学方法与手段 PPT多媒体教学结合板书。 授课内容 内 容 备 注 1铸件的宏观组织 1.1引言：铸件的宏观组织指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况。铸件的微观结构的概念包括晶粒内部的结构形态，如树枝晶、胞状晶等亚结构形态，共晶团内部的两相结构形态已经这些形态的细化程度等。两者表现形式不同，但其形成过程密切相关，并对铸件的各项性能产生强烈的影响。 本章侧重分析铸件宏观组织的成因及其影响因素，并在此基础上总结出生产中控制铸件结晶组织的有效方法。 1.2.1 通常，铸件的宏观结晶组织可能包含三个不同的晶区： 表面细晶粒区； 柱状晶区； 内部等轴晶区 1.2.2 几种不同类型的铸件宏观组织： (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 1.2.3不同浇注条件对铝锭结晶过程及组织影响 试样编号 铸型材料 铸型温度(℃) 浇注温度(℃) 组织形貌特征 1 砂模 500 700 多边形的粗大等轴晶 2 砂模 室温 700 粗大柱状晶，中心处有等轴晶 3 铁模 室温 700 较粗大柱状晶 4 铁模 500 700 较粗大柱状晶，中心少量等轴晶 5 铁模 室温 800 细小等轴晶 1.2.4 柱状晶的特点是各向异性，对于诸如磁性材料、发动机和螺旋浆叶片等这些强调单方向性能的情况，采用定向凝固获得全部柱状晶的零件反而更具优点。 如何在技术上有效地控制铸件的宏观组织十分重要。因此有必要学习各晶区组织的形成机理。 2表面激冷区及柱状晶区的形成 2.1表面激冷区的形成： 一旦型壁附近的晶粒互相连结而构成稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状晶区由外向内的生长，表面激冷细晶粒区将不再发展。因此稳定的凝固壳层形成得越早，表面细晶粒区向柱状晶区转变得也就越快，表面激冷区也就越窄。 2.2柱状晶区的形成： 柱状晶区开始于稳定凝固壳层的产生，而结束于内部等轴晶区的形成。因此柱状晶区的存在与否及宽窄程度取决于上述两个因素综合作用的结果。如果在凝固初期就使得内部产生等轴晶的晶核，将会有效地抑制柱状晶的形成。 3内部等轴晶的形成机理 3.1“成分过冷”理论： 该理论认为，随着凝固层向内推移，固相散热能力逐渐削弱，内部温度 梯度趋于平缓，且液相中的溶质原子越来越富集，从而使界面前方成分过冷逐渐增大。当成分过冷大到足以发生非均质生核时，便导致内部等轴晶的形成。 3.2激冷等轴晶型壁脱落与游离理论： 在浇注的过程中及凝固的初期激冷，小等轴晶自型壁脱落与游离促使等轴晶形成， 浇注温度低可以使柱状晶区变窄而扩大等轴晶区 。 3.3枝晶熔断及结晶雨理论： 目前比较统一的看法是内部等轴晶区的形成很可能是多种途径起作用。在一种情况下，可能是这种机理起主导作用，在另一种情况下，可能是另一