第六章材料的凝固.ppt

2、偏析 偏析的分类 宏观偏析：正常偏析、反偏析、比重偏析 显微偏析：胞状偏析、枝晶偏析、晶界偏析 （1）宏观偏析 正常偏析 按前面所述的凝固规律形成的偏析 对于k01的情况，铸锭心部溶质浓度高 提高冷却速度有利于减轻正常偏析 反偏析 心部浓度比外部低（k01） 不常见，机理也不是很清楚 通常认为反偏析的形成条件有两个： 凝固过程中形成的树枝晶间有间隙，溶质原子通过 间隙从心部流向外部 凝固时液相内析出气体，心部气压高，促使液流从 内向外 比重偏析 初生相密度小，上浮 如亚共晶材料中形成的先共晶相，如果其密度小于液相， 则会上浮，导致比重偏析 提高冷却速度可减轻比重偏析 胞状偏析 成分过冷较小时形成胞状组织，胞间溶质原子聚集， 形成胞状偏析。 枝晶偏析 成分过冷度较大时形成枝晶， 枝晶间溶质原子富集，形成枝晶偏析。 晶界偏析 溶质原子富集在最后凝固的 晶界部分，形成晶界偏析。结晶速度低 的合金晶界偏析倾向大 显微偏析对后续的热加工不利，可以 通过均匀化退火予以消除。 凝固技术 4.5 凝固技术 1. 细晶的意义 提高力学性能 细晶同时提高材料的强度和塑性 改善后续的加工性能 1） 细晶技术 2. 细晶的方法 加入孕育（变质）剂 振动 机械振动、超声振动、电磁振动 4.5 凝固技术 2） 单晶制备 1. 上拉法 2. 下移法 共同点：依附在籽晶上生长 不同点：籽晶的位置 装置的运动方向 散热的方向 4.5 凝固技术 3)非晶制备 1. 单辊法 2. 双辊法 3. 雾化法 4）定向凝固 1. 意义： 获得在某一方向上具有独特性能的材料 组织特征：一维或二维晶粒沿某一晶体学方向整齐排列 可以是单相固溶体，也可以是共晶 3. 制备方法：单向冷却 Ke表达式的推导： 设：液－固界面处为坐标原点， 液流方向以从液相流向固相为正； 溶质原子扩散方向以从界面向液相扩散为正， 由于对流和扩散造成的溶质原子由边界层向液相迁移的总通量为： 对z求偏导数得： ∵ 代入上式可得： 边界层建立后，内部的浓度梯度基本不变，因此等式右边等于0，方程成为常微分方程 R为液体的流速， D为扩散系数。 方程的通解为： 待定系数P1、P2可由边界条件求出: 将P1、P2代入方程通解可得： 当z=0时，CL=(CL)i 由于边界上建立了局部平衡，(CS)i/ (CL)i=k0, (CS)i/ k0 = (CL)i 式中R为液流速度（界面移动速度）， D为扩散系数，d为边界层厚度。 根据有效分配系数的定义，ke= (CS)i/ (CL)B, (CS)i= ke(CL)B, 代入前式可得： 东南大学材料学院 3. 固相无扩散，成分不均匀，液相完全不混合（非正常凝固） 由于冷却速度非常快，液相原子无法扩散 边界层溶质原子迅速富集，固相中溶质浓度迅速提高 液态溶质原子不扩散，浓度始终保持不变 三种不平衡凝固的有效扩散系数 非正常凝固下的成分过冷及其对凝固组织的影响 1、成分过冷区的形成 纯元素凝固时过冷度取决于铸锭内部的温度分布 固溶体凝固时过冷度取决于： a. 温度分布； b. 浓度分布，因为浓度不同，熔点不同。 成分过冷：由于边界层中溶质原子分布不均匀而引起的过冷度的变化。 成分过冷区的形成可以用下图说明 影响成分过冷区大小的因素： 边界区中溶质原子的浓度分布； 相图中液相线的斜率；（Tm） 铸锭中的温度分布 成分过冷临界条件的定性描述 当铸型内的温度分布曲线的斜率（温度梯度）大于或等于边界区熔点曲线切线时，铸锭内没有成分过冷 当铸型内的温度分布曲线的斜率一定，边界区熔点曲线切线斜率越大，越容易出现成分过冷 成分过冷临界条件的定量描述 根据推导ke过程中所得的通解： 边界条件： z=0, CL=C0/k0; z= ?, CL=C0 可得P1=C0, P2 =C0(1-k0)/k0 得： 等式两边同除以固溶体密度，则， 若设相图中液相线和固相线均为直线，则：TL＝TA-mwL 边界层成分 将wL代入，得： 熔点分布 a.完全不混合时边界层成分和熔点的数学表达式 b. 铸型中温度分布曲线的数学表达式 设界面处的温度为Ti, 边界层中的温