快速凝固技术课件.ppt

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1、常规铸造工艺及其存在的问题容易形成粗大而发达的树枝晶容易出现缩孔、疏松、气泡、热应力等铸造缺陷容易产生严重的晶内偏析与晶界偏析尺寸大，凝固时间长，凝固冷速、凝固速度以及凝固过冷度则很小，不可避免地会产生一系列铸造缺陷快速凝固技术的产生与发展要消除铸造合金存在的这些缺陷，突破研制新型合金的障碍，核心是要提高熔体凝固时的过冷度从而提高凝固速度，在实际凝固过程中达到这一目的的办法主要有两种“动力学”的方法设法提高熔体凝固时的传热速度从而提高凝固时的冷速，使熔体形按时间极短，来不及在乎衡始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度具体实现这一

2、方法的技术称为急拎凝固技术(RapidlyQuenchingTechnology或RQT)或溶体淬火技术(MeltQuenchingTechnology或MQT)“静力学”的方法针对通常铸造合金都是在非均匀形核条件下凝固，因而使合金凝固的过冷度很小的问题，设法提供近似均匀形核的条件。尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷度，从而提高凝固速度具体实现这种方法的技术一般称为大过冷技术(LargeUndercoolingTechnology或LUT)快速凝固技术与设备快速凝固技术的基本原理和分类模冷技术雾化技术表面熔化与沉积技术大过冷快速凝固技术快速凝固技术的基本原理和分类

3、基本原理急冷凝固技术核心是要提高凝固过程中熔体的冷速。第一，减少单位时间内金属凝固时产生的熔化潜热；第二，提高凝固过程中的传热速度。急冷凝固技术的基本原理是设法减小同一时刻凝固的熔体体积并减小熔体体积与其散热表面积之比，并设法减小熔体与热传导性能很好的冷却介质的界面热阻以及主要通过传导的方式散热。大过冷凝固技术核心是在熔体中形成尽可能接近均匀形核的凝固条件，从而获得大的凝固过冷度快速凝固枝术的分类大过冷凝固技术急冷凝固技术模冷技术表面熔化与沉积技术雾化技术模冷技术“枪”法双活塞法熔体旋转法平面流铸造法溶体拖拉法溶体提取法模冷技术“枪”法(GunMethod)“枪”法

4、示意图1．高压室2．聚脂薄膜3．感应线圈4．低压空5．铜模分离成的熔滴很小(直径约1m)、冲击到铜模上的速度很高，所以箔片的凝固冷速可以高达109K/s，其中薄的箔片可以直接用作透射电子显微镜(TEM)观察的样品。这种方法可以应用于许多合金，但是由于箔片厚度不均匀，形状不规则，每次熔化的母合金数量很少，因此主要限于在实验室中应用双活塞法(TwinPistonMethod)图3-2双活塞法示意图1.感应线圈2.熔滴3.活塞熔滴在受挤压时可以从与两个活塞接触的表面同时均匀地迅速散热凝固，因此冷速较高，薄片的厚度也比较均匀。此外，母合金是在真空气氛中或保护性气氛中悬浮加热熔化

5、的，因此可以防止石英管对熔体的污染，可以适用于化学活性高、易氧化的金属及其合金，如Ti、Zr等。在经过改进后的双活塞法中，活塞的冲击速度更高，冲击时活塞间的间距保持一定，可以防止样品凝固时变形并有更高的凝固冷速。与双活塞法类似的还有活塞砧法和锤砧法熔体旋转法(MeltSpining)图2-3熔体旋转法示意图1.石英管2.惰性气体3.薄带4.喷嘴5.熔体6.熔池7.辊轮8.感应线圈操作时,首先把母合金切成约30mm长的小段或小块，在砂轮上磨去氧化皮后装入石英管内。合金经感应加热熔化后从石英管上端通入氮气或其它惰性气体，熔体在气体压力下克服表面张力从石英管下端的喷嘴中喷到下方

6、高速旋转的辊轮表面，熔体在与辊轮表面接触的瞬间迅速凝固并在辊轮转动的离心力作用下以薄带的形式向前抛射出来。在熔体旋转法中可以控制和调节的主要工艺参数有：石英管喷嘴尺寸，石英管喷嘴离辊面距离，石英管内通入的气体压力、辊面线速度和辊轮合金的成分等。雾化技术双流雾化法水雾化法与气体雾化法超声气体雾化法高速旋转筒雾化法滚筒急冷雾化法离心雾化法快速凝固雾化法旋转电极雾化法机械雾化和其它雾化法双辊雾化法电-流体力学雾化法真空雾化法火花电蚀雾化法雾化技术双流雾化法(TwinF1uidAtomization)(1)水雾化法与气体雾化法熔体流在高压高速水流的冲击下，经过片状、线状、熔滴状三

7、个阶段逐步分离雾化并在水流冷却下冷凝成粉末。雾化时所用的水流压力高达8~20MPa，制得的粉末直径为75~200m。如果雾化熔体的流体不用水而用空气或惰性气体(如氖气)，则成为气体雾化法或惰性气体雾化法，所用的雾化压力一般为2~8MPa，制得的粉末直径为50~100m，多为表面光滑的球形，而水雾化法制得的粉末形状不规则。但是水雾化法由于采用了密度较高的水做雾化工作介质，所以达到的凝固冷速要比一般气体雾化法高一个数量级。水雾化法示意图1.溶体2.水流3.石英管(2)超声气体雾化法(USGA)超声气体雾化法的主要设备与前面的水