金属凝固理论.doc

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1、快速凝固理论与技术的研究及应用摘要快速凝固技术是近年来得到广泛发展和应用的新型材料的制备技术，其特点是具有较高的冷却速率和明显的非平衡效应。本文介绍了快速凝固技术原理、快速凝固得到的组织特征及原因、快速凝固实现方法，并对快速凝固技术在制备镁合金、铝合金、铜合金、金属纳米结构材料中的应用作了详细介绍。快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，新的亚稳相等与常规合金不同的组织和结构特征。关键词快速凝固；凝固原理；凝固组织；快速凝固实际应用ResearchandApplicationofRapidSolidificationTheoryandTechnol

2、ogyABSTRACTRapidsolidificationtechnologyisthepreparationtechnologyofnewmaterialsanditiswidelydevelopedandappliedinrecentyears.Thecharacteristicoftherapidsolidificationtechnologyishighvelocityofcoolingandobviousnon-equilibriumeffect.Thispapermainlyintroducetheprinciple,structureandtherealiz

3、ationmethodofrapidsolidificationtechnology.Italsointroducestheapplicationofrapidsolidificationtechnologywhichisinmagnesiumalloy,aluminumalloy,copperalloyandmetalnanostructurematerialindetail.Thealloyobtainedbyrapidsolidificationtechnologyhasultrafinegrainsize,microcrystallinestructureofseg

4、regation-freeorlesssegregation,newmetastablephasethatconventionalalloysdonotpossess.Thesefeaturesallownedbyitsurelyplayanimportantinfluenceonthetheoreticalstudyandtheneedinactualproductionofmaterialscienceandothersubjects.KEYWORDSrapidsolidification;theoryofsolidification;structureofsolidi

5、fication;practicalapplicationofrapidsolidification凝固是金属材料生产过程中材料冶金质量控制的关键环节。在金属材料的生产过程中，完成合金液的冶炼之后，首先需要铸造成铸坯，并进行后续的变形加工。铸坯的凝固质量不仅影响后续的加工工艺，而且对最终产品的性能有重要影响。如钢坯中的成分偏析，晶粒粗大等是长期困扰钢材质量控制的难题。快速凝固的出现在很大程度上解决了这一问题，由于凝固速度极快、凝固时间极短、扩散时间短、晶粒长大时间有限，成分偏析、晶粒粗大等问题在一定程度上得到了解决。这对材料科学及其他学科的理论研究以及满足实际生产中的需要起

6、到了重大作用，因此，近些年材料的快速凝固过程引起了人们的极大兴趣[1]。1快速凝固原理、组织特征及性能1.1快速凝固的原理快速凝固是指通过对合金熔体的快速冷却（≥104~106K/s）或非均质形核的被遏制，使合金在很大的过冷度下，发生高生长速率（≥1~100cm/s）的凝固[2]。1.2快速凝固的组织特征快速凝固能改善合金的显微结构，从而能改善合金的综合力学性能。快速凝固由于是非平衡凝固，因此快速凝固的组织特征不同于普通凝固，加决冷却速度和凝固速率所引起的组织及结构特征可以近似地用图1来表示[3]。图1快速凝固引起的显微组织的变化Fig.1changesofmicrostr

7、ucturecausedbyrapidsolidification具体特点及原因总结如下[4]：（1）细化凝固组织快速凝固能显著细化合金的晶粒尺寸，通常比常规合金的晶粒尺寸低几个数量级。结晶过程合金是在很大的过冷度下萌生出更多的晶核，达到很高形核率，且其生长时间又极短。因此，大的过冷度不仅可细化枝晶，而且由于形核速率的增大可使晶粒细化，致使某些合金的晶粒度可细化到0.1μm以下而获得细小晶粒乃至非晶。（2）减小偏析速凝固合金组织的枝晶间距可能减小到零点几微米，因此表现出的显微偏析也很小。如果凝固速率够快的话，超过了