凝固过程与细晶技术.doc

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1、学术报告心得班级：材料工程1306学号：2013153题目：金属凝固过程与细晶技术2015年5月，沈阳工业大学材料科学与工程学院主办了主题为“金属凝固过程与细晶技术”学术讲座，由上海大学翟启杰教授主讲。翟启杰教授长期从事材料加工及钢铁冶金教学工作。结合当前钢铁行业的实际情况，饱含深情地向同学们分析了当前钢铁冶金所而临的挑战。介绍了凝固过程控制在材料加工技术屮的地位，阐述了凝固过程的研究内容和凝固组织细化的作用，并对金属凝固组织细化技术屮的浇注过程和传热条件控制方法、化学处理方法、机械处理方法以及外加物理场方法作了简单评述；认为温度

2、扰动、成分扰动、外加超声波、脉冲电流或脉冲磁场不仅能有效地细化金属凝同组织，还可以避免其他细化方法对环境和金属材料本身的污染，有利于材料的循环利用。翟启杰教授的报告受到了全体同学的热烈欢迎，通过此报告，使每位同学对金属凝固过程的基础理论知识有了清醒的认识。报告主要是从钢铁冶金面临的挑战展开，就FI前，金属凝固组织细化方法展开了介绍。金属凝固组织细化方法主要有四类：（1）浇注过程和传热条件控制方法；（2）化学处理方法；（3）机械处理方法；（4）外加物理场方法。1、浇注过程和传热条件控制方法浇注过程和传热条件控制方法包括浇注工艺控制技

3、术、低温浇注、提高冷却速度和增加过冷度等。提高冷却速度快速凝固可明显细化金属的凝固组织，获得非常好的细化效果。图1是采用快速凝固方法获得的Mg-Zn-Ce-Ag合金的凝固组织。如图所示,Mg基合金凝固组织由粗人的树枝晶转变为近球状的等轴晶，凝固组织被细化。但对于大尺寸铸件，获得很大的冷却速度是非常困难的，因此，提高冷却速度的方法对于大体积金属熔体不适用。而在提高冷却速度基础上，通过去除液和屮的异质晶核（熔体净化），抑制低过冷度下的形核，使合金液获得很大过冷度，在大过冷度下产牛爆发式形核，也能细化金属凝固组织，该方法即为深过冷凝固技

4、术。图2所示为Ni54.8Pd45.2合金在不同过冷状态下的凝固组织，在深过冷状态下，合金凝固组织由粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶，凝固组织细化。但深过冷凝固技术对控制环节要求较高，对污染非常皱感，因而也限制了该技术的大规模应用。(常规凝同(G过冷度A7=3K(

5、>)快速凝周图1是采用快速凝尚方法获得的(b)过冷度AF=318K图2不同过冷状态下Ni54.8Pd45.2合金在的Mg-Zn-Ce-Ag合金的凝固纽•织凝固组织2、化学处理方法化学处理的方法是指向金属熔体屮添加少量的化学物质或化学元素c这种物质一般称为孕育剂或变质剂。该

6、方法操作简便，细化效果显著。图3所示为纯铝中添加Al-0.5%Fe后凝固组织的变化,从图中可以看出,添加少量Fe元素后,纯铝凝固组织由粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶，细化效果显著化学处理方法H前在工业上应用最广泛，研究也最多，是普通铸件获得细晶组织的常用方法。但向熔体小添加晶粒细化剂的方法，通常是引入与金属熔体化学成分不同的元素，影响金展熔体纯净度，也不利于金展的循环使用；细化剂选择不当，有时还会引发新的问题。基于热力学理论提出了与传统化学处理方法类似，但存在本质区别的温度扰动和成分扰动方法，即向金属熔体中加入与金属熔体成分相同的

7、金属粉末、颗粒、丝带或与金属液溶质含量不同的微量同类金属，从血在金属熔体屮造成特定的“温度起伏”和“成分起伏”。这些起伏的引入降低了体系牛核所需要的能量，促进金属液牛核。(&)未添加(b)添加A1-0.5%Ee图3纯铝屮添加Al-0.5%Fe后凝固组织的变化3、机械处理方法机械处理方法主要包括机械搅拌和机械振动两种方法°采用机械搅拌可造成液相和固相之间产牛不同程度的相对运动，即液态金属的对流运动，从而引起枝晶臂的折断、破碎和增殖，达到细化晶粒的H的。图4所示为机械搅拌对A356合金凝固组织的影响，经机械搅拌后，A356合金凝固组织

8、由粗大的树枝晶转变为细小的等轴晶，凝固组织获得细化。但该方法存在两方面不足，一•是对熔体搅拌吋，易卷入气体，且得不到金属液的及吋补充，易形成气孔、缩松等缺陷；二是对高熔点的金属液进行搅拌吋，搅拌器损耗严重，对金属熔体造成污染，产牛新的质量问题。图4机械搅拌对A356合金凝I古I组织的影响4、外加物理场方法随着对金属产品使用性能要求的提高，以及环保意识的不断加强，上述传统的凝固组织细化方法受到质疑和挑战，也促使材料研究者在借助于相关学科的彼此交叉和相互渗透的基础上，将各种物理场（主要包括超声波、电场、磁场等）引入金属凝固过程以细化金

9、属凝固组织C图5说明了超声波对lCrl8Ni9Ti凝尚组织的影响。如图所示，lCrl8Ni9Ti不锈钢凝固组织屮粗大的树枝晶经超声波处理后转变为细小的等轴晶，凝固组织获得细化。但外加超声波的方法也存在不足，超声波在金属熔体屮会存在严重衰减，能量利用