材料成形基本原理（第3版）（上）课件：铸件及焊缝的宏观组织控制.pptx

铸件及焊缝宏观组织及控制;第一节铸件的宏观组织

第二节表面激冷区及柱状晶区的形成

第三节内部等轴晶的形成机理

第四节铸件宏观结晶组织的控制

第五节焊接熔池凝固及控制;第一节铸件的宏观组织;图7-2几种不同类型的铸件宏观组织示意图

（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶;大多数工业应用情况下，希望铸件宏观组织获得各向同性的等轴细晶粒组织。为此，应创造条件抑制晶体的柱状长大，而促使内部等轴晶的形成和等轴晶细化。

就断裂而论，裂纹最易沿晶界扩展(特别是存在着溶质及杂质偏析时)。柱状晶相碰的地带溶质及杂质聚积严重，造成强度、塑性、韧性在柱状晶的横向方向大幅度下降，对热裂敏感，腐蚀介质中易成为集中的腐蚀通道。;第二节表面激冷区及柱状晶区的形成;一、表面激冷区的形成;二、柱状晶区的形成;如果界面前方始终不利于等轴晶的形成与生长，则柱状晶区可以一直延伸到铸件中心，直到与对面型壁长出的柱状晶相遇为止，从而形成所谓的穿晶组织;

如果界面前方有利于等轴晶的产生与发展条件，内生生长而形成内部等轴晶，这样会阻止柱状晶区的进一步扩展。内部等轴晶形成得越早，柱状晶晶区越窄。

如果柱状晶晶区还没来得及形成时（稳定的凝固壳层还未形成），断面内部就已经开始大范围形成等轴晶，则完全没有柱状晶晶区出现，整个铸件将完全是等轴晶组织。

因此，如果在凝固初期就使得内部产生等轴晶的晶核，将会有效地抑制柱状晶的形成。;择优生长;铸

型;第三节内部等轴晶的形成机理;一、“成分过冷”理论;;;二、激冷等轴晶型壁脱落与游离理论;图7-5型壁处形成的激冷晶向铸件内部的游离;图7-6晶体与型壁交会处产生“脖颈”促使晶体发生脱落而游离;图7-7游离晶体的生长、局部熔化与增殖;三、枝晶熔断及结晶雨理论;无论是关于等轴晶晶核的来源问题，还是等轴晶区形成的具体过程问题，上述各理论与看法均有自己的实验根据，然而也受到各自实验条件的限制。

虽然有关机制的细节尚需进一步探讨，但是仅承认其中一种说法而轻率地否定其他作用似乎???是片面的。

目前比较统一的看法是，内部等轴晶区的形成很可能是多种途径起作用。在一种情况下，可能是这种机理起主导作用，在另一种情况下，可能是另一种机理在起作用，或者是几种机理的综合作用，而各自作用的大小当由具体的凝固条件所决定。;第四节铸件宏观结晶组织的控制;一、合理地控制浇注工艺和冷却条件

二、孕育处理

三、动力学细化

四、连铸（连轧）工艺

五、小结

;合理的浇注工艺;;低温铸造;冷却条件的控制;悬浮浇注法是在浇注过程中将一定量的固态金属颗粒加入到金属液中，从而改变金属液凝固过程，达到细化组织、减小偏析、减小铸造应力的目的的一种工艺方法。;悬浮浇注法的特点;二、孕育处理;孕育剂作用机理的两类观点;合金种类;铝合金铸棒（直径6英寸）的横截面组织;孕育衰退（孕育效果逐渐减弱）;三、动力学细化;1．铸型振动;2．超声波振动;3．液相搅拌;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运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，达到细化晶粒的目的。;4．流变铸造;普通压铸树枝晶组织半固态压铸非枝晶组织;ZGX系列真空连铸炉利用中频感应加热熔化金属。炉内有一只螺旋型管式线圈，当线圈通以中频电流时产生交变磁场，在石墨坩埚中感应出电势，产生高密度环形电流，使金属炉料被间接加热、熔化，由坩埚下部的导流管流出，通过水冷结晶器逐渐固化。由于结晶器的急冷使金属晶粒细密且规则排列，由炉外的引锭机构引出，从而连续得到特质形状的棒料或板料。

用于熔化低电阻率的金属及其高级精密合金，如：金、银、铜、铝、青铜等，在真空条件下或充惰性气体情况下进行熔炼和拉铸。

;例：解释如下实验结果;;第五节焊接熔池凝固及控制;一、熔池凝固条件;1.熔池金属的体积小，冷却速度快;2.温差大、过热温度高;3.动态凝固过程;4.液态金属对流激烈;二、熔池结晶特征;1.联生结晶;2.柱状晶生长方向与速度的变化;;;3.熔池凝固组织形态的多样性;三、熔池结晶组织的细化;