材料先进成型技术答案整理

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1、材料先进成型技术1从凝固学角度，结合实例谈谈细化合金晶粒的主要措施并说明细化原因。晶粒细化措施凡是促进形核、抑制品体长大的措施均可细化品粒。提高冷速：冷速高，则过冷度大，形核率增加。进行变质处理：促进非均匀形核控制加热温度（过热度）：过热导致非均匀形核速率下降，但可以提高过冷度使形核率壇加，两者竞争，寻求最佳过热度。进行熔体振动：机械搅拌、电场、磁场、对流和超声波作用等。利用成分过冷效应，制造形核带，产生大量的等轴晶粒。晶粒细化实例：变质处理：向金属液体屮加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非口发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到

2、提高材料性能的目的。（铸造铝硅合金的变质处理以细化晶粒）【铝硅合金具有良好的力学性能和铸造性能，在工业中应用广泛，如用作汽车发动机缸体、活塞等材料。随着硅含量增加，Al+Si的共晶体增多；当硅含量超过13%时，合金屮述析出粗大的多角形板状初晶硅。由于硅相质脆且以粗大片状存在，在硅相尖端和棱角部位容易引起应力集中，从而严重降低其力学性能。通过相铝硅合金屮加入總、钠及稀土等元素对其进行变质处理以改变硅相形态，以捉高合金的性能。］外渤乍用细化合金晶粒：（1）超声波作用：超声波增大形核数量，提高形核率；超声波对熔体的搅拌作用使得大量碎小枝晶形成，提高晶核数量；超声波的导入加大了过冷度，

3、冇利于晶体细化。（2）电磁场作用：电磁振荡凝固细晶技术、脉冲电磁凝固细晶技术（磁压强引起的熔体振荡导致了凝固组织的细化）（3）熔体过热处理细化合金晶粒：熔体过热可消除其固相夹杂和不可逆类固形原了团簇,控制形核过程。提高过热温度和延长保温时间均可消除熔体屮的异质核心，使得熔体达到结构和成分的均匀化，消除组织遗传性，从而得到性能良好的组织。过热温度和保温吋间不能过高、过长，否则难熔的异质相溶解，减小了形核数，不利于得到细晶组织。（4）利用成分过冷效应细化合金晶粒（5）快速凝固细化合金晶粒：通过提高冷却速率使液态金属获得犬的过冷度，增人形核速率。该方法可达到很好的细化效果，甚至达到微

4、晶或纳米晶，但生产试件尺寸小，控制困难,晶粒内应力大。2实现单向凝固的条件有哪些？列举定向凝固铸造的主要方法。选取一种定向凝固方法谈谈其原理和优缺点。实现单向凝固条件：（1）处于成分过冷状态成分过冷判据，'方程式中，5为固液界面处液态金属温度梯度；/?为凝固生长速率；加为合金液相线的斜率；C。为合金原始成分；怎为合金平衡分配系数；D.为液态金属的溶质扩散系数；Ti-7；为合金的结晶温度范围。随6L/&的减少，凝固组织形态的变化为：平而状一＞胞状一4支状一＞等轴品(2)严格保证单向散热，使成正的温度梯度⑶提高G/R比值(4)提高液体的纯净度，减小金属液体的形核能力(5)避免液态金

5、属的对流、搅拌和振动定向凝固铸造的主要方法：发热铸型法早期研究用，已淘汰炉内单向凝固法:功率下降法；快速凝固法最为常用；液态金属冷却法实验室和小批量生产阶段.高速凝固法：原理：为提高定向凝固速率，发展了HRS法。在感应加热体下部安装一隔热挡板，并在水冷结晶器卞有一个型壳抽出机构，使浇注后型壳随同水冷结晶器逐渐F移。隔热挡板挡住了感应体的辐射热，使型壳内未凝固区处于热区的高温F,而型壳移出部分的凝固区处于冷区，热流则由水冷结品器通过传导传出，一部分热流则通过辐射向四周散热，从而使合金凝固界面前沿的温度梯度G值和凝固牛-长速率尺值比PD法提高数倍。铸件质量和生产效率均显著提高,适合

6、制造较长的快速凝固法定向凝固工作原理示意图1—保温盖；2—感应圈；3—玻璃布；4—保温层；5-石墨凳；6-模壳；定向叶片。7—挡板；8—冷却圈；9一结晶器优点：•可以更好地控制冷凝曲线，很好的控制凝固生长速率R,显著改善了生产的稳定性和可重复性；•缩短周期，提高生产效率•凝固过程中温度梯度G和凝固生长速率R保持相对稳定，明显提高了铸件组织在垂直和水平方向上的均匀性；•凝固过程基本不受铸件尺寸彩响，铸件尺寸受工艺的限制较小3连续铸造的主要工艺方法有哪些？产品有何特点？并结合实例谈谈其在生产实际中的应用。连续铸造的主要工艺方法为：（1）立式连续铸造：连续铸造工艺过程中铸件沿垂直于地

7、平面方向运动的称为立式连铸；（2）卧式连续铸造：铸件沿水平方向运动的连续铸造工艺过程称为卧式连铸或水平连铸；（3）立弯式连续铸造：立式与卧式连铸方法相结合，产生了立弯式连铸工艺，钢液首先经过立式连铸工艺成形后，经专门的轧辘机构使其在高温时沿一定的冋转半径呈弯曲最后呈水平方向运动，因而达到完全连续铸造。连续铸造产品特点：（1）晶粒细化、组织细密；（2）较小偏析倾向，成分分布较均匀；（3）力学性能得到提高；（4）铸件的表面较平整，易于实行后续加工。（5）但是连铸件冷却速度快，也会造成较大的内部应