金属凝固原理作业

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1、定向凝固技术现状及发展姓名：学号：班级：摘要：凝固技术的发展及存在的问题，介绍几种新发展起来的定向凝固技术。以定向凝固原理为基础，对几种定向凝固技术进行简要介绍，并指出今后定向凝固的发展方向。关键字：定向凝固；深过冷；凝固组织ABSTRACT：Thedevelopmentandproblemsinexistenceofthetraditionaldirectionalsolidificationtechnology,introducingtoseveralnewlydevelopeddirectionalsolidificationtechnologyinthebasiso

2、fdirectionalsolidificationtechnologyprinciple.KEYWORDS：directionalsolidification;deepovercool;solidificationstructure凝固是物质有液相转变为固相的过程，这是一种普遍的物理现象。可以说几乎一切金属制品在其生产流程中都要经历一次或多次的凝固过程。但是由传统凝固技术生产的铸件一般均由无一定结晶方向的多晶体组成。在高温疲劳和蠕变过程中，垂直于主应力的横向晶界往往是裂纹产生和扩展的主要部位，也是涡轮叶片高温工作时的薄弱环节。由于定向凝固技术可消除了横向晶界，获得生长方向

3、与主应力方向一致的单向生长的柱状晶体，从而提高了材料抗高温蠕变和疲劳的能力。所以定向凝固技术一直被人们所重视，自1965年美国普拉特·惠特尼航空公司采用高温合金定向凝固技术以来，这项技术已经在许多国家得到应用。采用定向凝固技术可以生产具有优良的抗热冲击性能较长的疲劳寿命较好的蠕变抗力和中温塑性的薄壁空心涡轮叶片。应用这种技术能使涡轮叶片的使用温度，提涡轮进口温度都有很大提高，从而提高发动机的推力和可靠性，并延长使用寿命。1定向凝固技术的原理定向凝固又称单向结晶，是使金属或合金由熔体中定向生长结晶的一种工艺方法，用于制备单晶、柱状晶和自生复合材料。铸件定向凝固需要两个条件：首

4、先，热流向单一方向流动并垂直于生长中的固-液界面；其次，晶体生长前方的熔液中没有稳定的结晶核心。单向凝固技术的重要工艺参数就是凝固该过程中固液界面前沿液相中的温度梯度GL和固——液界面向前推进速度，即晶体生长速率R。GL与R的比值是控制晶体长大形态的重要依据。在提高GL的前提下，增加R，才能获得所要求的晶体形态，细化组合，改善质量，并且提高单向凝固铸件的生产效率。单向凝固技术和装置的改善，其中最重要的的关键之一就是提高固液界面前沿的温度梯度GL。如图1所示。图1定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶和定向共晶3种。由于定向凝固技术能得到一些具有特殊组织取向和优异性能的材料，因而自

5、它诞生以来得到了迅速发展。定向凝固技术被广泛用于获得具有特殊取向的组织和优异性能的材料，应用定向凝固方法可以得到定向组织甚至单晶$明显地提高材料所需的性能，定向凝固过程中温度梯度和凝固速率这两个凝固参数能够独立变化成为凝固理论研究的重要手段。单晶制备技术上，北京科技大学开发出一种介于HGC与OCC法之间的连续定向凝固装置，成功地进行了Al-Si、Al-Cu合金的连续定向凝固2定向凝固的发展定向凝固，也就是指在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属样未凝固熔体中建立起沿特定方向的温度梯度，从而使熔体在气壁上形核后沿着与热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固的技术。这种技术最初是

6、在高温合金的研制中建立并完善起来的。采用、发展定向凝固技术最初用来消除结晶过程中生成的横向晶界，从而提高材料的单向力学性能。还运用于燃汽涡轮发动机叶片的生产，所获得的具有柱状乃至单晶组织的材料具有优良的抗热冲击性能、较长的疲劳寿命、较高的蠕变抗力和中温塑性，因而提高了叶片的使用寿命和使用温度。各种热流能被及时导出是定向凝固过程得以实现的关键，也是凝固过程成败的关键，获得并保持单向热流是定向凝固成功的重要保证。传统的定向凝固技术主要有发热剂法、功率降低法、快速凝固法和液态金属冷却法等。传统定向凝固技术的主要缺点是冷却速度慢。这样就使凝固组织有充分的时间长大、粗化，以致产生严重

7、的枝晶偏析，限制了材料性能的提高。造成冷却速度慢的主要原因是凝固界面与液相中最高温度面距离太远，固——液界面并不处于最佳位置。因此所获得的温度梯度不大，这样为保证界面前液相中没有稳定的结晶核心的形成，所允许的最大凝固速度就有限。定向凝固技术除用于高温合金的研制外，还逐渐推广到半导体材料、磁性材料、复合材料等的研制中，并成为凝固理论研究的重要手段之一。热流的控制是定向凝固技术中的重要环节，获得并保持单向热流是定向凝固成功的重要保证。为进一步提高定向凝固过程中的温度梯度，从而提高凝固速度，最终提高材料的性能，在充分吸收