定向凝固基础课件.ppt

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1、定向凝固技术1.定向凝固的发展历史2.定向凝固基本原理定向凝固技术原理定向凝固理论定向凝固技术工艺参数3.定向凝固技术发展4.定向凝固技术的应用5.定向凝固发展趋势目录2021/7/3121.定向凝固的发展历史定向凝固过程的理论研究的出现是在1953年，Charlmers及其他的同事在定向凝固方法考察液/固界面形态演绎的基础上提出了被人们称之为定量凝固科学的里程碑的成分过冷理论。在20世纪60年代，定向凝固技术成功的应用于航空发动机涡轮叶片的制备上，大幅度提高了叶片的高温性能，使其寿命加长，从而有力地推动了航空工业发展。2021/7

2、/3131.定向凝固的发展历史近20年来，不仅开发了许多先进的定向凝固技术，同时对定向凝固理论也进行了丰富和发展，从Charlmers等的成分过冷理论到Mullins等的固/液界面稳定动力学理论（MS理论），人们对凝固过程有了更深刻的认识，从而又能进一步指导凝固技术的发展。随着其他专业新理论的出现和日趋成熟及实验技术的不断改进，新的凝固技术也将被不断创造出来。定向凝固技术必将成为新材料的制备和新加工技术的开发提供广阔前景，也必将使凝固理论得到完善和发展。2021/7/314FromGEGlobalResearchCenter2.定向

3、凝固基本原理2.1定向凝固技术原理2.2定向凝固理论2.3定向凝固技术工艺参数2021/7/315FromGEGlobalResearchCenter2.1定向凝固技术定义晶体生长方向热流方向侧向无温度梯度，不散热定向凝固是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，以获得具有特定取向柱状晶的技术。2021/7/316FromGEGlobalResearchCenter2.2定向凝固理论固液界面距离x温度TLGL成分过冷区由溶质再分配导致界面前方熔体成分及其凝固温度

4、发生变化而引起的过冷——成分过冷（1）成分过冷理论2021/7/317FromGEGlobalResearchCenter2.2定向凝固理论成分过冷对凝固过程的影响成分过冷区逐渐加宽的情况胞枝生长向枝晶生长的转变窄成分过冷的情况2021/7/318FromGEGlobalResearchCenter2.2定向凝固理论成分过冷区足够大时柱状晶生长情况成分过冷区进一步加宽，从柱状枝晶的外生生长转变为等轴晶的内生生长成分过冷对凝固过程的影响2021/7/3192.2定向凝固理论（2）MS理论MS界面稳定性动力学理论不但全面地考虑了凝固过程

5、溶质场、热场和界面能等因素对界面稳定性的影响，将成分过冷理论的适用范围扩大到快速凝固领域。同时，它预言了平界面稳定生长这一当时尚未被证实和认识的自然现象。界面形貌的演变：平界面-胞状-树枝状-胞状-平界面随V增大：2021/7/31102.3定向凝固技术工艺参数凝固过程中固液界面前沿液相中的温度梯度GL;固液界面向前推进的速度R;GL/R值是控制晶体长大形态的重要判据;凝固过程中的成分过冷或金属的性质（T1-T2）/DL.2021/7/3111新型定向凝固技术发热铸型法功率降低法快速凝固法电磁约束成形定向凝固技术深过冷定向凝固技术连

6、续定向凝固技术对流下的定向凝固技术重力场作用下的定向凝固技术传统定向凝固技术液态金属冷却法区域熔化液态金属冷却法激光超高温度梯度快速定向凝固3.定向凝固技术发展3.定向凝固技术发展1.发热铸型法发热剂法是定向凝固技术发展的起始阶段，是最原始的一种。其原理是水冷模底部采用水冷铜底座,顶部覆盖发热剂,侧壁采用隔热层绝热,浇入金属液后，从而在金属液和已凝固金属中建立起一个自下而上的温度梯度，实现定向凝固。由于所能获得的温度梯度小和沿高度不断减小,而且很难控制。但其工艺简单、成本低，可用于制造小批量零件。3.定向凝固技术发展2.功率降低法感

7、应线圈分两段，铸件在凝固过程中不移动。模壳预热到一定温度，向壳内浇入过热合金，切断下部电源，上部继续加热GL随凝固距离的增加不断减小。GL和R不能人为控制PD法示意图3.定向凝固技术发展3.快速凝固法铸型加热器始终加热凝固时，铸件与加热器之间产生相对移动在热区底部使用辐射挡板和水冷套，挡板附近有较大的GL、GS与PD法比，大大缩小凝固前沿两相区，局部冷却速度增大，有利细化组织，提高机械性能与PD法的区别：H.R.S法示意图3.定向凝固技术发展4.液态金属冷却法合金液浇入型壳，按选择的速度将壳型拉出炉体，浸入金属浴金属浴的水平面保持在

8、凝固的固-液界面附近处应用较多的是锡浴GL可达200℃/cm，该法已被美国、前苏联等国用于航空发动机叶片的生产。L.M.C法示意图3.定向凝固技术发展工业上使用的定向凝固技术主要冶金工艺参数工业上较广泛使用的定向凝固装置示意图3.定向