快速凝固技术.ppt

* * 快速凝固技术 第一页，共三十一页，2022年，8月28日 常规铸造工艺及其存在的问题 容易形成粗大而发达的树枝晶 容易出现缩孔、疏松、气泡、热应力等铸造缺陷 容易产生严重的晶内偏析与晶界偏析 尺寸大，凝固时间长，凝固冷速、凝固速度以及凝固过冷度则很小，不可避免地会产生一系列铸造缺陷 第二页，共三十一页，2022年，8月28日 快速凝固技术的产生与发展 要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高熔体凝固时的过冷度从而提高凝固速度，在实际凝固过程中达到这一目的的办法主要有两种 “动力学”的方法 设法提高熔体凝固时的传热速度从而提高凝固时的冷速，使熔体形按时间极短，来不及在乎衡始点附近凝固而只能在远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度和凝固速度 具体实现这一方法的技术称为急拎凝固技术(Rapidly Quenching Technology或RQT)或溶体淬火技术(Melt Quenching Technology或MQT) “静力学”的方法 针对通常铸造合金都是在非均匀形核条件下凝固，因而使合金凝固的过冷度很小的问题，设法提供近似均匀形核的条件。尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷度，从而提高凝固速度 具体实现这种方法的技术一般称为大过冷技术(Large Undercooling Technology或LUT) 第三页，共三十一页，2022年，8月28日 快速凝固技术与设备 快速凝固技术的基本原理和分类 模冷技术 雾化技术 表面熔化与沉积技术 大过冷快速凝固技术 第四页，共三十一页，2022年，8月28日 快速凝固技术的基本原理和分类 基本原理 ?急冷凝固技术 核心是要提高凝固过程中熔体的冷速。 第一，减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热； 第二，提高凝固过程中的传热速度。 ?急冷凝固技术的基本原理是设法减小同一时刻凝固的熔体体积并减小熔体体积与其散热表面积之比，并设法减小熔体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻以及主要通过传导的方式散热。 ?大过冷凝固技术 核心是在熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件，从而获得大的凝固过冷度 快速凝固枝术的分类 大过冷凝固技术 急冷凝固技术 模冷技术 表面熔化与沉积技术 雾化技术 第五页，共三十一页，2022年，8月28日 模冷技术 “枪”法 双活塞法 熔体旋转法 平面流铸造法 溶体拖拉法 溶体提取法 第六页，共三十一页，2022年，8月28日 模冷技术 “枪”法(Gun Method) “枪”法示意图 1．高压室 2．聚脂薄膜 3．感应线圈 4．低压空 5．铜模 分离成的熔滴很小(直径约1?m)、冲击到铜模上的速度很高，所以箔片的凝固冷速可以高达109 K/s，其中薄的箔片可以直接用作透射电子显微镜(TEM)观察的样品。这种方法可以应用于许多合金，但是由于箔片厚度不均匀，形状不规则，每次熔化的母合金数量很少，因此主要限于在实验室中应用 第七页，共三十一页，2022年，8月28日 双活塞法(Twin Piston Method) 图3-2 双活塞法示意图 1.感应线圈 2.熔滴 3.活塞 熔滴在受挤压时可以从与两个活塞接触的表面同时均匀地迅速散热凝固，因此冷速较高，薄片的厚度也比较均匀。此外，母合金是在真空气氛中或保护性气氛中悬浮加热熔化的，因此可以防止石英管对熔体的污染，可以适用于化学活性高、易氧化的金属及其合金，如Ti、Zr等。在经过改进后的双活塞法中，活塞的冲击速度更高，冲击时活塞间的间距保持一定，可以防止样品凝固时变形并有更高的凝固冷速。 与双活塞法类似的还有活塞砧法和锤砧法 第八页，共三十一页，2022年，8月28日 熔体旋转法(Melt Spining) 图2-3 熔体旋转法示意图 1.石英管 2.惰性气体 3.薄带 4.喷嘴 5.熔体 6.熔池 7.辊轮 8.感应线圈 操作时,首先把母合金切成约30mm长的小段或小块，在砂轮上磨去氧化皮后装入石英管内。合金经感应加热熔化后从石英管上端通入氮气或其它惰性气体，熔体在气体压力下克服表面张力从石英管下端的喷嘴中喷到下方高速旋转的辊轮表面，熔体在与辊轮表面接触的瞬间迅速凝固并在辊轮转动的离心力作用下以薄带的形式向前抛射出来。 在熔体旋转法中可以控制和调节的主要工艺参数有：石英管喷嘴尺寸，石英管喷嘴离辊面距离，石英管内通入的气体压力、辊面线速度和辊轮合金的成分等。 第九页，共三十一页，2022年，8月28日 急冷凝固技术的分类与主要特点 分类 名 称 产品形状 典型尺寸 典型冷速 主要应用 模 冷 技 术 “枪”法 箔片 厚.01~1.0 ?109 中等活性或不易氧化的金属 双活塞法