铸件成形原理 教学课件 作者 祖方遒 第7章　特殊条件下的凝固.pptx

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1、铸件成形原理第7章　特殊条件下的凝固7.1　快速凝固7.2　块体非晶合金7.3　定向凝固7.4　超常条件下的凝固7.1　快速凝固7.1.1　快速凝固原理7.1.2　快速凝固工艺7.1.3　快速凝固材料的特点7.1.1　快速凝固原理实现大过冷度条件下的凝固有两种途径：一是通过增加凝固过程中的传热速度，迅速将液态金属内的热量传出，获得过冷度较大的液态金属，从而提高凝固速率，这种方式的快速凝固称为激冷法；另一条途径是设法使熔体尽可能在接近均质形核的条件下凝固，使其在凝固前已将熔体中的大量热量散出，而形成大的过冷度，且不发生凝固，当少量的热量进一

2、步散出时达到均质形核条件，凝固开始进行，此时的凝固是在大过冷熔体内进行，整个熔体几乎同时进行凝固，可获得非常快的凝固速率，这种方式的快速凝固称为深过冷法。1.激冷法快速凝固原理2.深过冷快速凝固法1.激冷法快速凝固原理1.激冷法快速凝固原理图7-1　单向凝固速率与导热条件的关系1.激冷法快速凝固原理2.深过冷快速凝固法7.1.2　快速凝固工艺1.粉末材料快速凝固工艺2.低维材料快速凝固工艺3.体材料快速凝固工艺图7-2　气体雾化设备工作原理图1—细粉　2—气体　3—气源　4—金属液5—真空感应加热器　6—喷嘴　7—雾化室8—收集室　9—粉

3、末1.粉末材料快速凝固工艺1.粉末材料快速凝固工艺图7-3　离心雾化时金属液粉碎过程示意图2.低维材料快速凝固工艺图7-4　薄片法快速凝固的原理图1—基板　2—加热源　3—试样入口4—坩埚　5—样品2.低维材料快速凝固工艺图7-5　单辊法和平面流铸快速凝固原理a)单辊法　b)平面流铸法1—激冷辊　2—感应加热炉　3—排气阀　4—压力表　5—带材　6—喷嘴7—金属液　8—激冷基底3.体材料快速凝固工艺图7-6　喷射沉积技术原理图1—沉积室　2—基板　3—喷射粒子流4—气体雾化室　5—金属液　6—坩埚7—雾化气体　8—沉积体　9—运动机构　1

4、0—排气及取料室7.1.3　快速凝固材料的特点快速凝固材料的组织特征表现在：1)偏析形成倾向减小。随着凝固速率的增大，不管溶质分配系数K0＞1还是K0＜1，实际溶质分配系数总是随着凝固速率的增大向1趋近，偏析倾向减小。2)形成新的非平衡相。由于过冷度大和凝固速率高，在凝固过程中形成的亚稳相可以保留到室温，从而获得不同于平衡凝固的新相。3)细化凝固组织。随着冷却速率的增大，晶粒尺寸减小，可以获得微晶乃至纳米晶。4)形成非晶。由于非晶形成一般需要较高的冷却速度，而快速凝固技术可以满足多种非晶材料的制备对冷却条件的要求。图7-7　普通铸态和快速

5、凝固Al-12%Si的合金组a)普通铸态　b)快速凝固7.1.3　快速凝固材料的特点表7-1　部分铝基合金平衡和快速凝固的固溶极限对比7.1.3　快速凝固材料的特点表7-2　快凝耐热铝合金的力学性能7.1.3　快速凝固材料的特点7.2　块体非晶合金7.2.1　块体非晶合金形成的理论基础7.2.2　多组元块体的非晶合金设计7.2.3　非晶合金复合材料7.2.4　块体非晶合金的性能及应用7.2　块体非晶合金图7-8　等压条件下合金熔体的焓与体积随温度的变化关系7.2　块体非晶合金图7-9　部分块体金属玻璃的实物照7.2.1　块体非晶合金形

6、成的理论基础1.非晶形成热力学2.非晶形成动力学7.2.1　块体非晶合金形成的理论基础1.非晶形成热力学图7-10　几种非晶合金比热容的变化1.非晶形成热力学图7-11Vit1非晶合金过冷熔体熵的变化图1.非晶形成热力学图7-12几种非晶合金的过冷液相与相应的晶化相之间的吉布斯自由能差2.非晶形成动力学图7-13　Vit4非晶合金粘度变化2.非晶形成动力学2.非晶形成动力学图7-14　不同非晶材料在过冷液相区内的粘度比较2.非晶形成动力学图7-15　过冷液体相变TTT曲线示意图2.非晶形成动力学7.2.2　多组元块体的非晶合金设计(1)深

7、共晶点　所有二元和三元非晶形成合金在相图上均表现为深共晶点，深共晶点不仅降低了合金的液相线温度，同时也使玻璃转变温度降低，因此约化玻璃温度会提高。(2)互溶原则　与深共晶点一样，互溶原则被证明是有效改善非晶形成能力的有效手段。(3)原子尺寸和热力学效应　多组元变化的原子尺寸有利于原子的堆积密度提高，导致熔体粘度提高和强的熔体行为，其结果是合金晶化的动力学行为变得迟钝。(4)微合金化　微合金化一般是指加入质量分数小于2%的其他组元所进行的合金化方法。7.2.3　非晶合金复合材料(1)非晶晶化法　非晶合金是一种亚稳态结构，在加热过程中有向晶态

8、转化的趋势。(2)急冷铸造法　通过合理的成分设计和凝固控制，合金熔体在凝固过程中首先析出初生相，剩下的熔体具有高的玻璃形成能力，可以在随后的冷却过程中冻结成非晶态结构，从而形成初生相分布于非晶