凝固组织及控制课件.pptVIP

第八章铸件凝固组织的形成与控制Chapter8FormationandControlofSolidificationMicrostructureofCastings9/13/20231

第八章铸件凝固组织的形成与控制?§8-1铸件宏观凝固组织的特征及形成机理?一、铸件宏观组织的特征?二、铸件宏观凝固组织的形成机理?1、表面细晶粒区的形成?2、柱状晶区的形成?3、内部等轴晶区的形成?§8-2铸件宏观凝固组织的控制9/13/20232

?§8-1铸件宏观凝固组织的特征及形成机理?铸件的宏观凝固组织三个晶区：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9/13/20233

?晶区数目以及柱状晶区和等轴晶区的相对宽度随合金性质和具体凝固条件而变化，在一定条件下，可获得完全由柱状晶或等轴晶所组成的宏观结晶组织：完全柱状晶完全等轴晶9/13/20234

二、铸件宏观凝固组织的形成机理1、表面细晶粒区的形成9/13/20235

?铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。?细化程度取决于?△型壁散热条件所决定的过冷度和凝固区域的宽度。?△型壁附近熔体内大量的非均匀形核?△各种形式的晶粒游离?前提：抑制铸件形成稳定的凝固壳层凝固壳层→界面处晶粒单向散热→晶粒逆热流方向择优生长而形成柱状晶返回目录9/13/20236

2、柱状晶区的形成9/13/20237

?稳定凝固壳层产生→→柱状晶区开始?内部等轴晶区形成→→柱状晶区结束?柱状晶区的宽度及存在取决于上述两个因素综合作用结果。?生长方式：择优生长9/13/20238

柱状晶择优生长?各枝晶主干方向互不相同，主干与热流方向相平行的枝晶生长迅速，优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。?竞争淘汰?离开型壁的距离越远，取向不利的晶体被淘汰得就越多，柱状晶的方向就越集中，同时晶粒的平均尺寸也就越大。返回目录9/13/20239

3、内部等轴晶区的形成－－熔体内部晶核自由生长的结果9/13/202310

?等轴晶晶核来源（1）过冷熔体直接形核理论：溶质原子富集而使界面前方成分过冷增大发生非均匀形核（2）激冷晶游离理论：浇注期间和凝固初期的激冷晶游离随着液流漂移到铸件心部，通过增殖，长大形成内部等轴晶（3）型壁晶粒脱落和枝晶熔断、游离理论：（4）“结晶雨”游离理论液面晶粒沉降。9/13/202311

（2）激冷晶游离理论非均质形核的激冷游离晶因浇温低，浇注中形成的激冷游离晶凝固初期形成的激冷游离晶9/13/202312

（3）型壁晶粒脱落和枝晶熔断、游离理论型壁晶体或柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、游离和增殖——理论基点为溶质再分配。图型壁晶粒脱落示意图9/13/202313

图枝晶分枝“缩颈”的形成a)b)c)为二、三次分枝时缩颈形成过程示意图。b)V为生长方向。d)环乙烷的枝晶，可见分枝缩颈9/13/202314

?溶质浓度再分配→界面前沿液态金属凝固点降低→实际过冷度减小。溶质偏析程度越大，实际过冷度就越小，其生长速度就越缓慢。晶体根部紧靠型壁，溶质在液体中扩散均化的条件最差，偏析程度最为严重，生长受到强烈抑制。远离根部，界面前方的溶质易于通过扩散和对流而均匀化，面临较大的过冷，其生长速度要快得多。故在晶体生长过程中将产生根部“缩颈”现象，生成头大根小的晶粒。熔点最低而又最脆弱的缩颈极易断开，晶粒自型壁脱落而导致晶粒游离?枝干生长侧面溶质偏析层阻碍侧面的生长，偶然产生的凸出部分突破此层，进入较大的成分过冷区内，长出较粗大的分枝，从而在分枝根部留下缩颈。?晶粒增殖:处于自由状态下的游离晶一般具有树枝晶结构，在液流中漂移时不断通过不同的温度区域和浓度区域，受到温度波动和浓度波动的冲击→表面反复局部熔化和反复生长→分枝根部缩颈可能断开而破碎成几部分→在低温下各自生长为新的游离晶。9/13/202315

9/13/202316

?液态金属流动的作用：液态金属的流动形式浇注过程中的流动凝固期间的对流自然对流强迫对流铸型和液面处温度低、密度大而下沉中心部分温度较高、密度小而上浮溶质再分配引起界面前沿液体成分和密度的变化游离晶体和液态金属之间密度差异浇注过程中的注入动量、电磁搅拌、机械搅拌9/13/202317

液态金属流动对铸件结晶中晶粒游离过程的作用主要是通过影响其传热和传质过程而实现的：（1）传热方面：液态金属的流动加速其过热热量的散失，使全部液态金属在浇注后的瞬间（小于30s）从浇注温度下降到凝