《液固相变原理》读书报告.ppt

《液固相变原理读》 -----读书报告;内容提要：;第二章 共晶 包晶 偏晶;第一章：定向凝固; 随着其他专业新理论的出现和日趋成熟及实验技术的不断改进，新的凝固技术也将被不断创造出来。定向凝固技术必将成为新材料的制备和新加工技术的开发提供广阔前景，也必将使凝固理论得到完善和发展。 1.2.1定向凝固技术 定向凝固技术是使液态金属的热量沿着一定的方向排出，或通过对液态金属施深过冷，从而使晶体的生长（凝固）向着一定的方向进行最终获得具有单方向晶粒组织的一种工艺方法。它经历从功率降低法—快速凝固法—液态金属冷却的发展过程。由于冷却及控制技术的不断进步，使热量排出的强度及方向性不断提高，从而使固液界面前沿液相的文都梯度不断提高。这不仅是晶粒生长的方向提高，而且组织更细长，挺直，并延长了定向区。定向凝固技术已广泛应用于铸造高温合金燃气轮叶片的生产中，由于力学性质优异，使叶片工作温度大幅度提高，从而提高发动机的性能。 ;1.2.2定向凝固—成分过冷理论的提出 定向凝固技术实验的发展推动了凝固理论的发展和深入。Charlmers、Tiller等人在研究中发现在合金中液固界面前沿由于溶质富集将会产生“成分过冷”导致平衡界面失稳而形成胞晶核枝晶。首次提出了成分过冷理论。 ;成分过冷理论; 成分过冷理论能成功的判定低速生长条件下无偏析特征的平面凝固，避免胞晶或枝晶的生长。 20世纪50年代Charlmers、Tiller等人首次提出单晶二元合金成分理论。 ;固液界面液相区内形成成分过冷条件主要有两方面：;在此基础上，Charlmers、Tiller等人首次提出了著名的“成分过冷”判据：;;据此，可以得到平衡界面生长的临界速度：;注意： 1.在晶体生长过程中，当不存在成分过冷时，如果在平直的固液界面上由于不稳定因素扰动产生凸起，也会由于过热的环境将其熔化而继续保持平面界面。 2.而当界面前沿存在成分过冷时，界面前沿由于不稳定因素而形成的凸起会因为处于过冷区而发展，平界面失稳，导致树枝晶的形成。 ;小节： ;1.2.3定向凝固技术的适用范围;1 .单晶生长; 单晶在生长过程中绝对要避免固—液界面不稳定而生出晶胞或柱晶。故而固—液界面前沿不允许有温度过冷或成分过冷。固液界面前沿的熔体应处于过热状态，结晶过程的潜热只能通过生长着的晶体导出。定向凝固满足上述热传输的要求，只要恰当的控制固—液界面前沿熔体的温度和速率，是可以得到高质量的单晶体的。 ;2.柱状晶生长; 定向凝固柱状晶铸件与用普通方法得到的铸件相比，前者可以减少偏析、疏松等，而且形成了取向平行于主应力轴的晶粒，基本上消除了垂直应力轴的横向晶界，是航空发动机叶片的力学性能有了新的飞跃。 另外，对面心立方晶体的磁性材料，如铁等，当铸态柱晶沿晶向取向时，因与磁化方向一致，而大大改善其磁性。 ;获得定向凝固柱状晶的基本条件是：;3.高温合金制备; MAR—M200中温性能尤其是中温塑性很低，作为涡轮叶片在工作中常发生无预兆的断裂。 在定向凝固的合金基础上发展出的完全消除晶界和晶界元素的单晶高温合金，热强性能有了进一步的提高。采用高梯度定向凝固技术，在较高的冷却速率下，可以得到具有超细枝晶组织的单晶高温合金材料。 定向凝固技术促进了航空等领域的发展，目前几乎所有现金航空发动机都采用单晶叶片为特色，第三代的单晶合金制造的涡轮叶片，工作温度可达1240℃。另外，新的单晶合金成分中Re的加入以及Hf、Y、La、Ru等元素的合理应用使合金的持久性能和抗环境性能有明显提高。 ;4.磁性材料的制备; 深过冷快速凝固方法所制备块体纳米材料的厚度及平均晶粒尺寸在很大程度上时由合金成分以及液态金属获得的过冷度决定的。 张振忠等采用深过冷水淬方法直接制备出了式样直径为16mm、平均晶粒尺寸小于120nm的Fe76B12Si12合金块体纳米软磁材料，其磁耗损PFF400和PFF1000仅为普通硅钢片的45.3%和69%。 ;5.高温超导体材料的制备;6.功能材料的制备;7.复合材料的制备;8.多孔材料的制备;9.单晶连铸坯的制备; 从定向凝固技术的发展过程可以看出，随着其它专业新理论的出现和日趋成熟，实验技术的改进和人们的不断努力通过寻找新的热源货加热方式、借鉴快速凝固的技术以及使用外加作用力等都有可能创造出新的定向凝固技术。同时，定向凝固技术必将为新材料的制备和新加工技术的发展提供广阔的前景，也必将是凝固理论得到完善和发展。 ;第二章 共晶 包