金属凝固组织的细化方法和机理1

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1、课程名称：金属凝固指导老师：宋长江，翟启杰教授金属凝固组织的细化方法和机理摘要：金属组织细化细化是提高材料性能的一种有效手段。在材料科学领域里，控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一，在已有的研究中，控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类：一是物理细化法，如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等，二是化学细化法，如添加形核剂和长大抑制剂等。物理细化方法处理材料纯净度高，不会对金属熔体带来外来夹杂，细化效果好；化学添加剂法细化效果稳定、作用快、操作方便、适应性强，是目前最普遍的细化方法。关键词：组织细化；细化方法；细化剂

2、；变质剂Refinementmethodsand mechanismofsolidificationstructureofmetalsAbstract:Metal microstructurerefinement isaneffectivemeanstoimprove thepropertiesofmaterials.Inthefieldofmeterialscience,Tocontolthemetalsolidificationprocesstorefinethemetalsolidificationstructureisanimportantwayo

3、fimprovingthecastingperformance.Therearetwomainwaysinthepreviousstudy:thefirstoneisPhysicalrefining method,suchascastcold,electromagneticstirring,mechanicalvibration,ultrasonic Refiningandsoon.Theotheroneischemicalmethod,liketheadditionof nucleatingagents andgrowthinhibitors.Physi

4、calrefining methodcanmakethematerialmorepure,andthereisnoinclusionalongwith.Thechemicalmethodisthemostcommonmethodofrefinementbecauseit’sfasterandmorestableandeasytooperate.Keywords:structurerefinement;refinemethod;refiners;modifier1前言金属的性能在很大程度上取决于其凝固组织，因此细化凝固组织一直是材料科学领域的重要研究内容，而

5、控制金属凝固过程以细化金属凝固组织是改善铸件性能的重要手段之一。在材料科学领域里,控制金属的凝固过程以细化金属凝固组织是提高铸件性能的重要途径之一，在现有的研究中,控制金属凝固过程以细化凝固组织的方法主要有两类:一是物理细化法,如低温浇注、电磁搅拌、机械振动、超声波细化等；二是化学细化法,如添加形核剂和长大抑制剂等。1984年，印度学者AKMisra[1~2]在三元合金Pb-15%Sb-7%Sn凝固过程中施加直流电，电流密度为30~40mA/cm2，电压约为30V，结果发现凝固后的组织得到了细化，并且第二相分布均匀1990年，MNakada[3]等首次使用

6、脉冲电流作用于Sn-Pb合金的凝固过程，试验发现，凝固后的组织大部分为球状等轴晶。2007年，翟启杰等[4]研究了脉冲电流对纯铝凝固组织的影响，认定在凝固形核阶段施加脉冲电流可以显著细化纯铝凝固组织，而在液相线以上或晶粒长大阶段施加脉冲电流则没有明显细化效果。目前人们采用了许多办法细化金属的晶粒。细化晶粒的方法按照细化手段可以分为物理和化学两大类。物理方法主要包括形变处理细化法、物理场细化、快速冷却法、机械物理细化法；化学方法可分为添加细化剂与添加变质剂方法。2.物理细化法2.1形变处理细化法形变处理细化利用各种塑形变形工艺,如轧制、挤压、锻造等，在加工过

7、程中,通过温度、应变、应变速率等参数的配合，利用再结晶或者相变来控制变形态晶粒的尺寸。由于传统的机械变形方法生产微米晶和微米晶材料往往受工件尺寸的限制,不能获得很大的变形量，例如，要求产品厚度为1mm,则最大真应变量仅能达到3～4mm，当制备亚微米细晶材料时就更加困难了。为了突破总应变量的限制，很多不改变工件形状而获得大变形量的方法被开发出来，并得到了越来越多人的关注。2.1.1轧制细化轧制过程除了使轧件获得一定形状和尺寸之外，还必须使轧件具有一定的组织和性能。温度是金属轧制过程中重要的工艺参数，然而轧制温度偏高，晶粒容易长大而使板材热脆倾向增大。轧制温度

8、偏低，高的应力集中可导致切变断裂；所以轧制温度应保证合金具有最大的