铸造金属凝固原理电子课件9-18章.pptxVIP

第9章铸件凝固组织的形成和控制FormationandControlofSolidification?MacrostructureofCastings本章重点宏观组织的形成机理宏观组织的控制.宏观凝固组织Macrostructure铸态晶粒和夹杂物的形状、尺寸、分布。铸件微观结构Microstructure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，以及这些结构形态的细化程度等。宏观组织对性能的影响性能←组织←工艺\成分9.1铸件（锭）宏观凝固组织的特征及形成机理铸件宏观组织的特征凝固条件的影响。三个晶区：表面细晶区、柱状晶区、内部等轴晶区。表面细晶粒区：紧靠型壁的外壳层，由紊乱排列的细小等轴晶所组成，仅几个晶粒厚柱状晶区：由自外向内沿着热流方向彼此平行排列的柱状晶所组成内部等轴晶区：由紊乱排列的粗大等轴晶所组成铸件宏观组织的形成机理认识过程：静态、孤立形核→动态、晶粒游离。表面细晶区的形成早期型壁激冷理论型壁激冷→大过冷→大形核率、热扩散无方向。晶粒游离理论溶质再分配→缩颈→流动液态金属冲刷→脱落。溶质偏析、增加流动有利于表面细晶区的形成。形成条件抑制稳定凝固壳的形成←大量游离晶粒（适度浇注温度、溶质元素高、适度的激冷能力、增加液体金属的流动）。问题：激冷能力越强越有利于表面细晶区的形成和扩大吗?柱状晶区的形成形成稳定壳层形成，单向散热；对流减弱，晶体脱落减少→择优生长、枝晶延伸。界面前温度梯度大成分过冷小。生长方式：择优生长控制柱状晶区继续发展的关键界面前始终保持较小的成分过冷，前方没有新晶核形成。浇注温度高、凝固温度范围小、有效形核质点少、抑制流动。问题:什么是择优生长?内部等轴晶区的形成四种形成理论过冷熔体非自发形核理论ΔTC＞ΔT异激冷晶核卷入理论条件：浇注温度低。两种理论的基础都是非均质形核。型壁脱落和枝晶熔断理论原因：溶质再分配→缩颈→熔断、冲断。结晶雨游离理论发生在大型铸锭（件）。三点注意游离晶体的增殖；液体流动及其所引起的晶体或分枝的脱落，沉积和晶体增殖都将大大增大液体中的有效晶核，促进等轴晶的获得。四种等轴晶形成机理取决于不同的凝固条件。9.2铸件宏观凝固组织的控制铸件凝固组织对铸件性能的影响表面细晶区比较薄，影响不大；柱状晶粗大、晶界面积小、致密、各向异性；易形成薄弱交界面，铸造后期或锻造时热裂；提高特殊方向性能。内部等轴晶界面积大，偏析、夹杂、气体分布均匀；嵌合、结合牢固、各向同性；枝晶发达时产生显微缩松，降低性能.解决：细化晶粒。宏观组织的选择微观结构的影响铸件凝固组织的控制途径和措施两个控制重点柱状晶→定向凝固等轴晶→改变形核、长大条件，细化晶粒。向熔体中加入强生核剂控制浇注条件铸型的性质和选择动态下结晶细化等轴晶等轴晶枝晶间距的控制向熔体中加入强生核剂孕育：改变形核率；变质：影响晶粒生长过程；目的：强化非均质形核几种生核剂：第一类：直接作为外加晶核；第二类：生核剂中含有可形成高熔点稳定化合物的元素；注：不同质点的形核过冷度不同。异质形核需要满足一定的温度条件，即液相中存在异质生核所需的过冷度。良好生核剂应具备的条件：含有稳定的,不易溶解的异质固相，良好的匹配关系；异质固相细小弥散,不影响合金性能；不带入影响合金性能的有害元素。第三类：加入造成微区富集元素；通过在液相中造成很大的微区富集而造成结晶相通过异质形核而提前弥散析出的生核剂第四类：加入含强成分过冷元素的生核剂。强成分过冷元素的作用：增加形核率及抑制晶体长大界面富集产生缩颈；强化非均质形核；抑制晶体生长。孕育衰退问题存在着随着时间的延长，孕育效果减弱甚至消失，这种现象被称为孕育衰退现象。与温度和粒度有关。常用合金的生核剂（孕育剂）控制浇注条件采取低温浇注有利于脱落、熔断晶粒的残存；有利于产生更多的游离晶粒；合适的浇注工艺增加冲刷，促进对流。采用悬浮铸造所谓悬浮铸造法就是在浇注过程中向液态金属中加入一定数量的金属粉末（2～4%），这些金属粉末象极多的小冷铁均匀地分布于液态金属中，起着显微激冷作用，加速液态金属的冷却，促进等轴晶的形成和细化。铸型的性质和选择铸型的冷却能力薄壁件：促使整个端面较大过冷，细化等轴晶。厚壁件：激冷能力差，则抑制凝固壳层的形成，降低GL，增加凝固区，有利于等轴晶形成；另一方面，减缓过热量散失，不利于游离晶的存在或晶粒粗大。在相同条件下，金属型铸造晶粒细小。液态金属与铸形表面的润湿角；越小有越利于凝固壳形成，从而有利于柱状晶；铸型表面的粗糙度；提高粗糙度，提高等轴晶面积。动态下结晶细化等轴晶振动振动铸型：受浇注温度影响小振动浇口槽将振动器插入液态金属振动参数：振幅、时间、温度振动对力学性能的影响：细化晶粒、减少偏析、夹杂，有利补缩超声波振动1-