金属结晶组织及其凝固控制课件.ppt

合金种类 碳钢及合金钢 孕育剂主要组元 Ti V B 加入量 wt% 0.1~0.2 0.06~0.30 0.005~0.01 0.1~1.0 ， 与 Si-Fe 复合 Ti:0.15; Zr:0.2 ； 复合 :Ti0.01 B 或 C0.05; 加入方法 铁合金 铸铁 Si-Fe ， Ca, Ba, Sr Ti, Zr , Ti+B, Ti+C 铁合金 Al-Ti, Al-Zr,Al-Ti-B, Al-Ti-C 中间合金 铝合金 过共晶 Al-Si 合金 P Zr, Zr+B, Zr+Mg, Zr+Mg+Fe+P WC, NbC ≥ 0.02 Al-P ， Cu-P ， Fe-P 中间合金 纯金属或中间合金 碳化物粉末 铜合金 镍基高温合金 0.02~0.04 表 5-1 合金常用孕育剂的主要元素情况 32 孕育衰退 （孕育效果逐渐减弱） ? 孕育剂加入合金液后要经历一个孕育期和衰退期。 ? 几乎所有的孕育剂都有在孕育处理后一段时间出现 ? 在孕育期内，作为孕育剂的中间合金的某些组分完 孕育衰退现象，因此孕育效果不仅取决于孕育剂的本 成熔化过程，或与合金液反应生成化合物，起细化 身，而且也与孕育处理工艺密切相关。 作用的异质固相颗粒均匀分布并与合金液充分润湿， ? 一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂 逐渐达到最佳的细化效果。 均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。 ? 当细化效果达到最佳值时浇注是最理想的，随合金 ? 孕育剂的粒度也要根据处理温度、被处理合金液量 熔化温度和孕育剂种类的不同，达到最佳细化效果 所需要的时间也不同。 和具体的处理方法来选择。 33 四、振荡结晶 1 ．机械振荡法 2 ．超声波振荡法 3 ．电磁振荡法 4 ．流变铸造 34 1 ．机械振荡法 ? 在凝固过程中振动铸型可 使液相 和固相发生相对运动 ，导致 枝晶 破碎 形成结晶核心。 离心铸造 时 若周期改变旋转方向可获得细小 等轴晶，说明液相和固相发生相 对运动所起的细化晶粒作用。 ? 振动还可引起 局部的温度起伏 ， 有利于枝晶熔断 。 振动铸型可 促使“晶雨”的形成 。 立式离心铸造机 ? 35 2 ．超声波振荡法 ? 超声波振动可在液相中产生 空化作用，形成空隙，当这些空 隙崩溃时，液体迅速补充，液体 流动的动量很大，产生很高的压 力。当压力增加时凝固的合金熔 点温度也要增加，从而提高了凝 固过冷度，造成形核率的提高， 使晶粒细化。 36 3 ．电磁振荡法 连铸过程采用电磁搅拌的主要作用是提高连铸坯的质量，例如去除夹杂物、 采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可造成液相相对固相的 消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率。在浇铸断面较大的 运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，达到细化晶粒的目的。 铸坯以及浇铸质量要求较高时，电磁搅拌技术便成为首选。 37 4 ．流变铸造 ? 这种细小圆整的半固 流变铸造又称半固态铸 态金属浆液由于具有 造，这种方法是当液体金 较好的流动性而容易 属凝固达 50 ～ 60 ％时，在 成形。因为它的温度 氩气保护下进行高速搅拌， 远低于液相线温度， 使金属成为半固态浆液， 所以对于黑色金属的 将半固态浆液凝固成坯料 压铸件来说，能大大 或挤压至铸型凝固成形。 减轻金属对模具的热 其固态晶体随搅拌转速的 冲击，提高压铸模具 增加趋于细小而圆整，机 的寿命，扩大黑色金 械性能显著提高。 属压铸的应用范围。 38 传统铸造 a ）和流变铸造 b ）所获得的显微组织 39 第四节 定向凝固技术 ? 定向凝固技术在共晶凝固、定向柱状晶生长和单 晶铸造等方面都有重要的意义。 ? 对于凝固温度范围宽的合金，定向凝固通过在铸 件的不同部位放置冷铁实现。这时凝固界面的温 度梯度很大，糊状凝固区域明显减小，因此补缩 得到改善，铸件完整性变好，同时铸件的机械性 能也得以提高。 ? 定向凝固条件： 1 ）固液界面前沿有足够的温度梯 度， 2 ）固液界面前沿无其它晶核核心存在。 ? 定向凝固的合金柱状晶粒结构使得材料沿凝固方 向的抗蠕变和抗热疲劳特性明显提高，这种技术 常用于制造具有柱状晶结构或单晶的发动机叶片。 40 等轴晶、柱状晶和单晶的发动机叶片比较 柱状晶、螺旋选择器及生长的单晶 41 第五节 快速凝固技术 一、快速凝固技术简介 二、快速凝固方法 三、快速凝固显微组织 四、金属玻璃 42 一、快速凝固技术简介 ? 快速凝固是指采用急冷技术或深过冷技 术获得很高的凝固前沿推进速率的凝固过 程。 界面推进速率大于 10 mm/s 5 10 冷却速率达到 10 ~10 K/s 快 固 - 液界面的移动速率赶上或超过原子间扩散速率时，晶体 将来不及转移成分， 界面固、液相成分不再平衡 。 43 完全扩散平衡 凝