材料的凝固理论.ppt

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1、第二章材料凝固理论主要内容：材料凝固概述凝固的热力学基础形核生长溶质再分配共晶合金的凝固金属及合金的凝固方式凝固成形的应用材料成形技术基础7/29/2021SolidificationofMetals第一节材料凝固概述一、凝固成形的基本问题和发展概况1、基本问题：凝固组织的形成与控制铸造缺陷的防止与控制铸件尺寸精度与表面粗糙度控制7/29/2021SolidificationofMetals控制铸件的凝固组织是凝固成形中的一个基本问题。目前已建立了许多控制组织的方法，如孕育、动态结晶、定向凝固等。7/29/2021SolidificationofMetals第

2、一节材料凝固概述一、凝固成形的基本问题和发展概况1、基本问题：凝固组织的形成与控制铸造缺陷的防止与控制铸件尺寸精度与表面粗糙度控制7/29/2021SolidificationofMetals缩孔、缩松；偏析缺陷；裂纹。还有许多缺陷，如夹杂物、气孔、冷隔等，出现在填充过程中，它们不仅与合金种类有关，而且，还与具体成形工艺有关。7/29/2021SolidificationofMetals第一节材料凝固概述一、凝固成形的基本问题和发展概况1、基本问题：凝固组织的形成与控制铸造缺陷的防止与控制铸件尺寸精度与表面粗糙度控制7/29/2021Solidificatio

3、nofMetals铸件尺寸精度和表面粗糙度由于受到诸多因素（如铸型尺寸精度及型腔表面粗糙度、液体金属与铸型表面的反应、凝固热应力、凝固收缩等）的影响和制约，控制难度很大。7/29/2021SolidificationofMetals2、发展概况：金属凝固理论的发展凝固技术的发展计算机的应用7/29/2021SolidificationofMetals近四十年来，从传热、传质和固液界面三个方面进行研究，使金属凝固理论有了很大的发展，例如：建立了铸件冷却速度和晶粒度以及晶粒度与力学性能之间的一些函数关系，为控制铸造工艺参数和铸件力学性能创造了条件。7/29/202

4、1SolidificationofMetals2、发展概况：金属凝固理论的发展凝固技术的发展计算机的应用7/29/2021SolidificationofMetals典型代表就是定向凝固技术、快速凝固技术和复合材料的获得。此外，还有半固态金属铸造成形技术等。7/29/2021SolidificationofMetals2、发展概况：金属凝固理论的发展凝固技术的发展计算机的应用7/29/2021SolidificationofMetals凝固过程数值模拟技术；快速样件制造技术；过程和设备运行的计算机控制。7/29/2021SolidificationofMeta

5、ls二、凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化体积改变外形改变熵值改变产生凝固潜热晶体结构改变发生溶质再分配7/29/2021SolidificationofMetals大多数材料在经历液－固转变时，其体积将缩小3－5％，原子的平均间距减小1－1.7％，导致缺陷形成的主要原因之一。7/29/2021SolidificationofMetals二、凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化体积改变外形改变熵值改变产生凝固潜热晶体结构改变发生溶质再分配7/29/2021SolidificationofMetals材料发生液－固转变后，其外形将保持容器的形状，这就是

6、铸造－古老而又年轻的工艺手段。7/29/2021SolidificationofMetals二、凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化体积改变外形改变熵值改变产生凝固潜热晶体结构改变发生溶质再分配7/29/2021SolidificationofMetals表示一个体系的紊乱程度，熵值越大，体系越紊乱。当材料发生液－固转变时，熵值将减小，说明固体比液体的结构更“整齐”。7/29/2021SolidificationofMetals二、凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化体积改变外形改变熵值改变产生凝固潜热晶体结构改变发生溶质再分配7/29/2021Sol

7、idificationofMetals亚共晶灰铸铁冷却曲线7/29/2021SolidificationofMetals二、凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化体积改变外形改变熵值改变产生凝固潜热晶体结构改变发生溶质再分配7/29/2021SolidificationofMetals1200℃时液态金属原子的状态1500℃时液态金属原子的状态7/29/2021SolidificationofMetals二、凝固过程中材料的物理性质与晶体结构的变化体积改变外形改变熵值改变产生凝固潜热晶体结构改变发生溶质再分配7/29/2021Solidificationof

8、Metals凝固过程的溶质再分配7/2