[工学]金属学与热处理教案--第四章.ppt

第五节 金属铸锭的宏观组织与缺陷 一、铸锭三个典型晶区 一般情况下，纯金属铸锭的宏观组织由表面细等轴晶区、内部柱状晶区和中心组等轴晶区三个典型区域组成。 高温液态金属浇入冷铸型后受到铸型的激冷而形成。 ① 表面细等轴晶区 晶粒细小，组织致密。 厚度很小，一般为几毫米左右。具体厚度及晶粒大小于铸型及浇注条件有关。 第五节 金属铸锭的宏观组织与缺陷 一、铸锭三个典型晶区 由垂直与型壁的粗大柱状晶所构成。 ② 内部柱状晶区 散热的方向性导致柱状晶的形成。 垂直于型壁方向的散热最快，晶体沿其 相反方向的生长速度也最快，择优生长 形成柱状晶。 柱状晶区具有各向异性。同一方向生长的柱状晶彼此间比较平直，气泡、缩孔等缺陷很小，组织致密。 不同方向生长的柱状晶相遇后往往形成杂质、气泡、缩孔等缺陷富集的柱晶间界，性能很差。 第五节 金属铸锭的宏观组织与缺陷 一、铸锭三个典型晶区 由粗大的等轴晶所构成。等轴晶区无各向异性。 在结晶后期，铸锭中心通过在剩余液体中形核、自由生长而形成。 等轴晶生长时晶粒彼此交叉，枝杈间搭接牢固，裂纹不易扩展，不存在明显的薄弱面。 ③ 中心粗等轴晶区 显微缩孔较多，组织不致密。但可用通过压力加工的方法改善甚至消除。 一般铸锭组织均要求得到发达的等轴晶。 二、铸锭组织的控制 (1)铸锭的晶粒越细小则其性能越好。 1、铸锭组织的与性能的关系 （3）对于塑性较差的金属则轧制时易沿晶界开裂；而对于塑性好的金属即使全部为柱状晶也不会开裂，故常常根据金属的种类和塑性的好坏来控制柱状晶区域的大小，根据需要使铸锭组织全部为柱状晶或全部为等轴晶。 (2)柱状晶与等轴晶相比具有明显方向性，晶粒内部柱状致密，但晶粒之间较脆弱。 2、影响铸锭组织的主要因素 （1）浇注温度提高、温度梯度增大，柱状晶区扩大； （2）铸型散热能力较大，温度梯度增大，等轴晶细化，等 轴晶区域减少；柱状晶区域增多。 （3）电磁搅拌、机械振动、增加浇注等，则液体的流动速度 增大，等轴晶区扩大、晶粒细化。 （4）合金的凝固温度范围越宽形成柱状晶的倾向越大。 （5）散热的方向性越强则越易形成柱状晶。 （6）加变质剂有利于形成等轴晶、有利于晶粒细化。 铸锭的缺陷是指铸锭在凝固过程中形成的非理想的组织，铸锭缺陷的存在往往导致其性能的下降，必须采取措施减少和防止缺陷的产生，缺陷产生后也可采取措施进行消除。常见的缺陷有偏析、气孔、缩孔和夹杂等。 三、 铸锭的缺陷 宏观范围内成分的不均匀现象，主要有正常偏析、反偏析、比重偏析等。可根据不同偏析产生的原因采取措施加以防止或减小其倾向。 1、偏析 铸锭各处成分的不均匀现象。 （1）微观偏析 微观范围内成分的不均匀，一般指晶粒内先后凝固的区域成分的差异的现象。可通过高温扩散退火加以消除。 （2）宏观偏析 2、夹杂 三、 铸锭的缺陷 金属中存在的与基体金属成分、结构不相同的颗粒。分为外来夹杂和内 生夹杂两类，主要有各种氧化物、氮化物和硫化物等。 3、气孔 气体在铸锭中析出不能逸出而在铸锭中形成的空洞。 铸锭冷却时由于液体金属的体积收缩得不到补充而形成在铸锭中形成的空洞，其中缩孔为一集中存在的空洞，而缩松表现为分散的一系列小的空洞。铸锭中形成缩孔还是形成缩松取决于凝固时的结晶温度范围和冷却条件。合金的结晶温度范围越宽、凝固时温度梯度越小则越易形成缩松。 缩孔可采用冒口方法等加以消除，但对缩松目前还没有有效的消除方法。 4、缩孔和缩松  金属学与热处理 王 泾 文 2013年2月18日 第四章 纯金属的结晶 2、结晶：物质从液态转变到晶体的过程。 基本概念 1、凝固：物质从液态转变到固态的过程。 一、液态金属的结构特点 第一节????纯金属结晶的现象 “长程无序、短程有序、此起彼伏、时聚时散” 液态金属中存在着浓度、结构和能量三大起伏 二、 金属结晶过程中的宏观现象 1、过冷现象 液体金属在其理论结晶温度下仍能保持液态的现象称为过冷。 3、金属结晶时冷却曲线及其分析 ① 结晶开始温度； ② 结晶潜热的作用； ③ 结晶过程中的热平衡与稳定结晶。 2、结晶潜热 1mol物质从液相转变为固态晶体相时，伴随着放出或吸收的热量称为结晶潜热。 三、 金属结晶的微观过程 1、液体金属的结晶一般包括形核和晶核的长大两个基本过程。 ① 形核：指在液体金属中形成微小的晶体核心（晶核）的过程。 ② 晶核的长大：指晶核不断向 液体金属中生长的过程。 3、一般情况下液态金属结晶后 形成许多晶粒组成的多晶体。 2、每一个晶核长大最后形成一 个晶粒。 4、多晶体的空间取向是随机的，