快速凝固课件.ppt

《快速凝固课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、第二节快速凝固一、快速凝固简介二、快速凝固方法三、快速凝固显微组织四、金属玻璃快速凝固的研究开始于20世纪50年代末60年代初，是在比常规工艺过程快得多的冷却速度或大得多的过冷度下，合金以极快的凝固速率由液态转变为固态的过程。1960年美国加州理工学院的PDuwez等采用一种独特的熔体急冷技术，第一次使液态合金在大于107K/s的冷却速度下凝固。他们的发现，在世界的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的广阔的研究领域。在快速凝固条件下，凝固过程的一些传输现象可能被抑制，凝固偏离平衡。经典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应，成为凝固过程研究的一个特殊领域

2、。一、快速凝固简介定义：快速凝固是指采用急冷技术或深过冷技术获得很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。快速凝固的目的超细组织过饱和固溶体亚稳相或新的结晶相微晶、纳米晶或金属玻璃形成获得优异的强度、塑性、耐磨性、耐腐蚀性等。二、快速凝固方法1.动力学急冷法2.热力学深过冷法动力学急冷法在动力学急冷凝固技术中，根据熔体分离和冷却方式的不同，可以分成雾化技术、模冷技术和表面熔化及沉积技术三大类。原理：通过提高熔体凝固时的传热速率从而提高凝固时的冷却速率，使熔体形核时间极短，来不及在平衡熔点附近凝固而只能在远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度和凝固速率。

3、模冷技术模冷技术：使金属液接触固体冷源并以传导的方式散热而实现快速凝固。其主要特点是首先把熔体分离成连续或不连续的、界面尺寸很小的熔体流，然后使熔体流与旋转或固定的、导热良好的冷模或基底迅速接触而冷却凝固。模冷技术枪法双活塞法熔体旋转法平面流铸造法表面熔化与沉积技木熔体提取法急冷模法雾化技术雾化技术是指采用某种措施将熔体分离雾化，同时通过对流的冷却方式凝固，其主要特点是在离心力、机械力或高速流体冲击力等作用下分散成尺寸极小的雾状熔滴在气流或冷模接触中迅速冷却凝固。流体雾化法雾化技术离心雾化法机械雾化法热力学深过冷快速凝固热力学深过冷是指通过各种有效的净化手段

4、避免或消除金属或合金液中的异质晶核的形核作用，增加临界形核功、抑制均质形核作用，使得液态金属或合金获得在常规条件下难以达到的过冷度。采用这种技术,可以在冷速不高的情况下获得很大的凝固过冷度。因此,热力学深过冷非平衡凝固在理论上不受熔体体积限制，是实现大体积熔体非平衡凝固的有效方法。热力学深过冷方法1、微小液滴法2、乳化-热分析法3、落管法4、电磁悬浮熔炼法5、微重力法6、固液两相区法7、循环过热法8、玻璃熔体净化法9、复合净化法乳化-热分析法的基本思想是在惰性环境（惰性基础或惰性悬浮溶液）中，随着液体分散程度的提高，有效形核衬底逐渐被孤立于少数液滴中，大部分

5、液滴保持分离并且不包含异质核心，这部分液滴将会表现出深过冷行为，其原理见下图。落管法：通过电磁悬浮熔炼、电子束或其他方法熔化金属，随后金属熔体在真空或通入保护性气体的管中自由下落冷却凝固。自由下落过程中，金属或合金液避免与器壁相接触，同时又具有微重力凝固的特征，因而可以获得深过冷。电磁悬浮熔炼法：通过选择合适的线圈形状及输出频率，使试样在电磁力作用下处于悬浮装态，再通入He、Ar、H2等保护气氛，通过感应加热熔化，控制凝固从而实现深过冷。微重力法：利用太空中微重力场和高真空条件，使液态金属自由悬浮于空中实现无坩埚凝固，从而获得深过冷。固液两相区法：将合金熔体

6、过热，然后冷却至固液两相区，使也想在先析出相的包裹下结晶而获得深过冷。循环过热法：在非晶态坩埚或形核触发作用较小的坩埚中对纯金属或合金进行“加热熔化----过热保护----冷却凝固”循环处理，金属中的异质形核核心通过熔化、分解和蒸发等途径消失或钝化从而失去衬底作用获得熔体的深过冷。玻璃熔体净化法：在熔融玻璃的包覆下进行熔炼，液态金属中的夹杂物在被玻璃熔体物理吸附的同时，还可以与玻璃中的某些组元相互作用形成低熔点化合物进入溶剂中，达到消除异质核心的目的。复合净化法：（1）循环过热和玻璃净化相结合的方法（2）循环过热、熔融玻璃、化学气氛净化相结合的复合净化法（3

7、）循环过热与电磁悬浮熔炼相结合的方法一、显微结构特征加快冷却速度和凝固速率所引起的组织及结构特征可以非常近似地用图6-19来表示。三、快速凝固显微组织在过冷不断加深的过程中，合金的组织及结构主要发生的新变化为：1、扩大了固溶极限表中汇集了快速凝固的铝合金中所达到的溶质固溶量数据。在诸如Al—Cu、Al—Si、Al—Mg等合金中，所达到的固溶量不仅大大超过了最大的平衡固溶极限，并且超过了平衡共晶点的成分，即在平衡共晶点成分的合金中，通过快速凝固，形成了单相的铝固溶体组织。表8-3是铁基置换固溶体中，通过快速凝固后所获得的合金元素溶解度。由此可见：无论是铝合金还

8、是钢，快速凝固均使溶质元素的固溶量获得了显著的扩大。