《材料加工原理》PPT课件

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1、§8-4铸件的凝固方式铸件凝固过程中，除纯金属和共晶成分合金外，断面上一般都存在三个区域：凝固区液相区固相区部分状态图固相区凝固区液相区一、铸件凝固区域及其结构1a.右边的晶体已连成骨架，但液体还能在其间移动，为限制迁移带b.左边的已接近固相温度，固相占绝大部分，骨架之间的少量液体被分割成互补沟通的小“熔池”，为显微迁移带宽结晶温度范围内合金的凝固区域液固部分：液相占优势固液部分：固相占优势1)液固部分凝固的晶体处于悬浮状态而未连成一片，固相可以自由移动,为宏观迁移带。2)固液部分2铸件凝固方式一般分为三种：

2、逐层凝固、体积凝固和中间凝固。1、逐层凝固（纯金属或共晶成分合金的凝固方式）恒温下结晶的金属，在凝固过程中其铸件断面上的凝固区域宽度等于零，断面上的固体和液体由一条界线清晰地分开，随着温度的下降，固体层不断加厚，逐步到达铸件中心，此为“逐层凝固方式”。二、铸件的凝固方式及其影响因素3逐层凝固方式特点：无凝固区或凝固区很窄凝固动态曲线上的两相边界的纵向间距很小或是无条件重合。a）恒温下结晶的纯金属或共晶成分合金b）结晶温度范围很窄或断面温度梯度很大42、体积凝固（铸件断面温度场较平坦或结晶范围较宽的合金）如果合

3、金的结晶温度范围很宽，或因铸件铸件断面温度场较平坦，铸件凝固的某一段时间内，其凝固区域很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而表面温度高于固相温度，这种情况为“体积凝固方式”，或称为“糊状凝固方式”。5体积凝固方式（糊状凝固方式）特点：a）铸件断面温度平坦b）结晶温度范围很宽——凝固动态曲线上的两相边界纵向间距很大63、中间凝固（结晶范围较窄或铸件断面温度梯度较大的合金）如果合金的结晶范围较窄，或因铸件断面的温度梯度较大，铸件断面上的凝固区域介于前两者之间时，属于“中间凝固方式”。7中间凝固方式特点：凝固初期似逐层凝固

4、——凝固后期似糊状凝固a）结晶温度范围较窄b）铸件断面的温度梯度较大81.以二元共晶相图为例说明1.逐层凝固3.糊状凝固2.中间凝固合金的结晶温度范围愈小，凝固区域愈窄，愈倾向于逐层凝固。表层中心t铸件固相线液相线成分温度表层中心t铸件液固液表层中心St铸件温度液相线固凝固区影响铸件凝固方式的因素合金的结晶温度范围9以碳钢为例说明102、铸件的温度梯度的影响在合金结晶温度范围已定的前提下，凝固区域的宽窄取决与铸件内外层之间的温度差。若铸件内外层之间的温度差由小变大，则其对应的凝固区由宽变窄。梯度很大的温度场，

5、可以使宽结晶温度范围的合金按中间凝固方式凝固(加高碳钢在金属型中凝固)，甚至按逐层凝固方式凝固。很平坦的温度场，可以使窄结晶温度范围的合金按体积凝固方式凝固。所以，温度梯度是凝固方式的重要调节因素。11工业纯铝（99%Al）在砂型和金属型中铸造时所测得的温度场合凝固动态曲线将它在砂型中的凝固动态曲线与上图中低碳钢的相应曲线比较则可看到，虽然工业纯铝的结晶温度范围为6度，比低碳钢的22度小得多，但是低碳钢为逐层凝固方式，而工业纯铝却已体积凝固方式进行凝固。其原因是铝的凝固温度低、结晶潜热和导热系数大，铸件断面的

6、温度场平坦。图2-16工业纯铝铸件断面的温度场（a）和凝固动态曲线（图b）12综上,铸件的凝固方式由结晶温度范围和温度梯度共同决定：趋于体积凝固趋于逐层凝固13根据近代凝固理论，又把工业上常用的金属的凝固方式分成两大类：外生凝固和内生凝固外生凝固：特点：凝固层从金属液-铸型界面向中心推进。分类：宏观光滑界面的凝固（理想的平滑界面）宏观粗糙界面的凝固（S-L界面呈割裂的锯齿状）枝晶状（海绵状）凝固（网状结构）机制：宏观S-L界面连续，界面推进方向与传热方向相反。热量通过固相向环境散失。凝固速率取决于传热速率形貌

7、：等轴晶14内生凝固：特点：既可以在界面凝固，也可在金属液内部进行。分类：糊状凝固（表面和中心凝固速率相差不大）形壳凝固（表面凝固速率>中心）机制：宏观S-L界面分散，界面推进方向与传热方向相同。热量通过液相向环境散失。凝固速率取决于液相过冷度。形貌：等轴晶151、窄结晶温度范围的合金金属浇入铸型后，首先在型壁处过冷，形成激冷层，然后按柱状晶的形势紧密生长，固相界面前沿为平面推进的方式.包括纯金属、共晶成分合金和其它窄结晶温度范围的合金纯金属共晶类合金窄结晶温度范围合金工业用铜工业用锌工业用锡共晶成分合金近共

8、晶成分合金低碳钢锡青铜结晶温度范围小的黄铜三、结晶温度范围对铸件凝固过程的影响16由于凝固前沿直接与液态金属接触，当液态凝固成为固态而发生体积收缩时，可以不断地得到液体的补充，所以：（1）产生分散缩松的倾向小，而是在铸件最后凝固部位留下集中缩孔，设置冒口易消除，因此其合金的补缩特性良好；（2）这类合金铸件在凝固过程中当收缩受阻而产生晶间裂纹时，也容易得到金属液的充填，使裂纹愈合，所以铸件的热裂倾向小