第五章 铸件凝固组织形成与控制ppt课件.ppt

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1、第一节铸件的宏观凝固组织表面激冷区的形成机理柱状晶区的形成机理内部等轴晶的形成机理第二节铸件宏观结晶组织的控制第五章铸件凝固组织的形成与控制第一节铸件的宏观组织激冷晶区的晶粒细小;柱状晶区的晶粒垂直于型壁排列，且平行于热流方向.内部等轴晶区的晶粒较为粗大;表层急冷晶区中间柱状晶区内部等轴晶区一、表面激冷区的形成型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核,各种形式的游离晶粒也是形成表面细等轴晶的“晶核”来源。这些晶核在过冷熔体中采取枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形

2、成了无方向性的表面细等轴晶组织。形成的出发点：合金凝固时的溶质再分配。游离晶粒的形成图5-6晶体与型壁交会处产生“脖颈”促使晶体发生脱落而游离溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有“脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固壳,另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖颈”，使晶体脱落并游离出去。在激冷初期,依附于型壁生核的晶粒或枝晶流体的机械冲刷和温度反复波动图5-7游离晶体的生长、局部熔化与增殖一、表面激冷区的形成一旦型壁附近的晶粒互相连结而构成稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状晶区由外向内

3、的生长，表面激冷细晶粒区将不再发展。稳定的凝固壳层形成得越早，表面细晶粒区向柱状晶区转变得也就越快，表面激冷区也就越窄。二、柱状晶区的形成稳定的凝固壳层一旦形成，柱状晶就直接由表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底向内生长，发展成由外向内生长的柱状晶区。枝晶主干取向与热流方向平行的枝晶生长迅速。柱状晶生长过程的动态演示柱状晶生长过程录像铸型液态金属二、柱状晶区的形成柱状晶区开始于稳定凝固壳层的产生，而结束于内部等轴晶区的形成。因此柱状晶区的存在与否及宽窄程度取决于上述两个因素综合作用的结果。如果在凝固初期就使得内部产生等轴晶的晶核，

4、将会有效地抑制柱状晶的形成。铝锭截面组织三、内部等轴晶的形成机理1、“成分过冷”理论2、激冷晶核卷入理论3、型壁晶粒脱落和枝晶熔断理论4、结晶雨游离理论剩余熔体内部晶核自由生长的结果。晶核来源1、“成分过冷”理论该理论认为，随着凝固层向内推移，固相散热能力逐渐削弱，内部温度梯度趋于平缓，且液相中的溶质原子越来越富集，从而使界面前方成分过冷逐渐增大。当成分过冷大到足以发生非均质生核时，便导致内部等轴晶的形成。2、激冷晶核卷入理论稳定凝固壳层形成之前，大量游离的激冷晶核随着液流的流动漂移到铸型的中心区域。如果液态金属的浇注温度不高

5、，游离晶粒不会被完全融化掉，残存晶粒可作为内部等轴晶的晶核。浇注温度低可以使柱状晶区变窄而扩大等轴晶区。图5-5型壁处形成的激冷晶向铸件内部的游离a)晶体密度比熔体小的情况;b)晶体密度比熔体大的情况3、枝晶熔断理论生长着的柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、游离和增殖导致了内部等轴晶晶核的形成，称为“枝晶熔断”理论。游离晶核的形成为什么纯金属几乎得不到等轴晶而溶质浓度大的合金容易得到等轴晶呢?4、结晶雨理论液面冷却产生的晶粒或者铸型顶部凝固层脱落的分枝下雨似地沉积到柱状晶区前方的液体中，下落过程中也发生熔断和增殖，是铸锭凝固时内部

6、等轴晶晶核的主要来源，称为“结晶雨”理论。多发于大型铸锭的凝固过程。中心等轴晶的形成大多是以上四种机理综合作用的结果。他们相对作用的大小取决于凝固的实际条件。图5-2几种不同类型的铸件宏观组织示意图（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶第二节铸件宏观结晶组织的控制一、铸件宏观组织的特性表面激冷区的形成机理柱状晶区的形成机理内部等轴晶的形成机理柱状晶的特点是各向异性应用：磁性材料、发动机和螺旋浆叶片等强调单方向性能的情况，采用定向凝固获得全部柱状晶的零件更具优点。第二节铸件宏观结晶组织

7、的控制思路:晶区的形成和转变乃是过冷熔体独立生核的能力和各种形式晶粒游离、增殖或重熔的程度这两个基本条件综合作用的结果，铸件中各晶区的相对大小和晶粒的粗细就是由这个结果所决定的。凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，以及有助于游离晶的残存与增殖的各种因素都将抑制柱状晶区的形成和发展，从而扩大等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。铸件宏观结晶组织的控制措施：增加形核1.向熔体中加入强生核剂（孕育处理）2.控制浇注温度和增大铸件冷却速度二、孕育处理孕育处理是浇注之前或浇注过程中向液态金属中添加少量物质以达到细化晶粒、改善宏观组织目的的一

8、种工艺方法。孕育(Inoculation)主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质（Modification）则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。变质在改变共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的应用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法。孕育剂作用