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1、第23卷第4期辽宁工学院学报Vol.23No.42003年8月JOURNALOFLIAONINGINSTITUTEOFTECHNOLOGYAug.2003定向凝固技术与新材料的进展李青春,王倩,常国威(辽宁工学院材料与化学工程学院,辽宁锦州121001)摘要:新材料的开发、材料潜在性能的挖掘与定向凝固技术已经形成了一个不易分割的有机整体。在介绍定向凝固原理的基础上,评述了几种新型定向凝固技术,并详述了定向凝固技术对新材料开发的促进作用。关键词:定向凝固;新材料中图分类号:TG244文献标识码:A文章编号:1005-1090(2003)04-0042-04Progressofthe
2、UnidirectionalSolidificationTechnologyandNewMaterialLIQing-chun,WANGQian,CHANGGuo-wei(Materials&ChemicalEngineeringColege,LiaoningInstituteofTechnology,Jinzhou121001,China)Keywords:unidirectionalsolidification;newmaterialAbstract:Ithasbeenanindiscerptibleorganicintegertoexplorenewmaterial,digm
3、aterialpotentialpropertiesandunidirectionalsolidificationtechnology.Onthebasisofintroducingthetheoryofunidirectionalsolidification,severalnewunidirectionalsolidificationtechnologiesarediscussed.Theadvancingeffectsofunidirectionalsolidificationtechnologytothedevelopmentofnewmaterialsarestatedin
4、detail.定向凝固方法起初是研究凝固理论,特别是晶1定向凝固原理与获得定向凝固组织体生长方法的手段,人们掌握了控制晶体生长的方的途径法后,由此而开发出了诸如定向单晶、磁性材料、涡轮叶片、自身复合材料等具有特殊性能的新材料,推1.1定向凝固原理动了工业的发展。新的定向凝固技术出现后,都会有定向凝固技术是利用晶体的生长方向与热流方向平行且相反的自然规律,在铸型中建立特定方向新的材料产生,所以新的定向凝固技术的开发,推动着新材料的发展。关于定向凝固技术有人已经进行的温度梯度,使熔融合金沿着与热流方向相反的方[3]过总结[1,2],但对定向凝固技术与新材料的发展同时向、按照要求的结晶取
5、向进行凝固的铸造工艺。进行论述与总结工作,目前进行得还不够充分,为实现定向凝固的总原则为:金属熔体中的热量此,本文从定向凝固的原理出发,指出了传统定向凝严格地按单一方向导出,并垂直于生长中的固液界固技术的不足,评述了几种新型定向凝固技术以及面,使金属或合金按柱状晶或单晶的方式生长。其工[4]对新材料开发的促进作用,目的在于明确定向凝固作原理如图1所示。技术与促使新材料的出现以及材料性能上的提高的1.2获得定向凝固组织的途径关系,充分发挥定向凝固技术作为开发新材料的重为达到使晶体单一方向生长的目的,凝固过程要手段的作用。收稿日期:2002-11-25作者简介:李青春(1972-),
6、女,辽宁锦西人,工程师,硕士生。第4期李青春等:定向凝固技术与新材料的进展43[1,2]态金属冷却法(简称LMC法)几种。近30年来定向凝固技术在生产与实验室的实践表明,传统定向凝固技术至少存在两个问题:(1)从强制性晶体生长方式来看,冷却速率受控于固相端热量的导出,这不仅使导出的热量多少受到限制,而且冷却速率还将随抽拉出距离与铸件长度的增加而变化,均匀冷却速率的获得必须借助于图1定向凝固原理图抽拉系统的计算机控制和多区加热等复杂手段,即中固液界面必须在宏观上保持为平面,由成分过冷使在较先进的超高梯度定向凝固中,由于冷速的限[4]判别式GL/R≥〔-mLC0(1-k)/DLk〕(式
7、中GL为制,组织粗大与偏析缺陷也时有发生。熔液温度梯度,mL为该二元合金系相图中液相线斜(2)追求高的温度梯度造成生产成本的不断增率,C0为合金溶质含量,k为溶质分配系数,R为晶加,以及获得缓慢的抽拉速度而造成生产周期的延体的生长速度)可知,如在固液界面前沿不出现成分长问题,也日益严重影响传统定向凝固技术的广泛过冷,应在固液界面前沿保持足够高的温度梯度,同应用与发展。时要使温度梯度与晶体生长速度的比值足够大。为了进一步细化材料的组织结构,就需提高凝GL/R不同时可以得
