4.1铸锭坯的凝固组织游离晶体的生长-新钢网.pptVIP

4.1 铸锭/坯的凝固组织 宏观偏析的影响因素： 钢液的冷却速度：冷却速度越快，选分结晶越得到控制，母液中溶质的扩散减少 铸坯断面：小断面可减少宏观偏析 钢液的流动：通过各种方法控制钢水流动可减少宏观偏析 搅拌：通过电磁搅拌等可打碎枝晶，细化晶粒 工艺因素：如降低浇注温度，降低注入速度，防止铸坯变形，等等 杂质溶质的含量：减少磷、硫含量等等 4.2 凝固过程的非金属夹杂物 由于凝固偏析使树枝晶间的液体某些元素富集，当合金元素（如Si、Mn、Al）与液态金属中富集其他元素（如S、O）发生化学反应，生成化合物（如硫化物和氧化物）而封闭在树枝晶之间残留于钢中。 形成过程： 选分结晶导致溶质（包括金属、非金属）的富集 富集后浓度很高的元素之间发生反应形成化合物 化合物增多，聚集成为夹杂物 夹杂物部分上浮，未上浮的夹杂物形成凝固夹杂物 4.2 凝固过程的非金属夹杂物 内生夹杂物： 选分结晶导致溶质（包括金属、非金属）的富集 富集后浓度很高的元素之间发生反应形成化合物 化合物增多，聚集成为夹杂物 夹杂物部分上浮，未上浮的夹杂物形成凝固夹杂物 外生夹杂物： ？？？ 4.2 凝固过程的非金属夹杂物 非金属夹杂物破坏钢基体的连续性，影响钢的质量。 控制非金属夹杂物应从两方面入手： 尽量使夹杂物上浮 控制夹杂物形态、粒度、分布等 4.3 凝固过程的气体 一般意义上讲：气体的来源铸造时的气体主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型： 熔炼过程：气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。 浇注过程 浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。 铸型：来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。即使烘干的铸型在浇注前也会吸收水分，并且粘土在液态金属的热作用下其结晶水还会分解。此外，有机物（粘结剂等）的燃烧也会产生大量气体。 4.3 凝固过程的气体 对钢水凝固过程中而言为： 溶解的[H]、[N]析出； 溶解[C]、[O]化学反应析出CO； [O]溶解度降低。 钢中氢明显降低钢的塑性，是产生白点缺陷的根源； 钢中氮会增加钢的变形阻力，降低钢的塑性和韧性，同时还会增加钢的时效倾向； 钢中氧会使钢中氧化物夹杂物含量增加，使机械性能下降。 4.3 凝固过程的气体 凝固过程气体的富集 在凝固过程中，由于气体溶解度的降低， [H]、[N]要在树枝晶母液中富集。 在凝固温度时，N的分配比： 4.3 凝固过程的气体 若[H]的平衡分配比K＝0.27，则母液中[H]的富集浓度近似表示为： 若钢液含有0.5%Mn、0.01%[O]、20~50ppm[N]、2-5ppm[H]， 在1525℃时，由上述式子（A）和（B）计算出平衡分压PN2、PH2与gs的关系，如图。 4.3 凝固过程的气体 4.3 凝固过程的气体 凝固过程气体的析出 溶解气体为双原子，其溶解度服从于西华特定律： 式中： Vs、Vl为固、液中气体溶解度； Pg为溶解气体的平衡分压； Ks、Kl分别为固、液相的平衡常数。 4.3 凝固过程的气体 式中： V0为液相中原始气体含量； gl为残留液体分率。 前两式代入第三式，并令K=Ks/Kl得： 4.3 凝固过程的气体 当Pg等于金属静压力和生成气泡需克服得毛细管压力时，气泡就能生成： 4.3 凝固过程的气体 研究表明：形成气泡尺寸r决定于： 由上式可知，溶解气体析出成气泡主要是与以下因素有关： 凝固收缩 结晶速度 两相区尺寸有关。 4.3 凝固过程的气体 凝固时C-O反应生成CO气泡 理论分析表明：对于一定的Si、Mn、O含量的钢，具有临界C-Si含量。在临界C-Si含量以上凝固时不形成CO，以下则形成CO。参见图： C-Si临界曲线 * 铸坯仅用Si、Mn脱氧，要使钢液凝固不产生气孔，必须控制C、Si含量。而用Al脱氧，一般很难形成CO气体，凝固前沿C-O反应： 当凝固前沿[C][O]超过平衡值时，上述反应进行，钢液中富集的[O]、[C]浓度可根据前面的一些公式计算得到。 4.3 凝固过程的气体 4.3 凝固过程的气体 残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于气体元素在金属中的存在状态。 室温下 N、H、O 在金属中的溶解度极低， 残留在接头中的 [H]R易导致延迟裂纹和氢脆。 弥散状（氮化物） 块状（氧化物、氮化物） 强化、脆化 夹杂 气孔（氢气孔，氮气孔，CO气孔） 固溶态 化合物 独立气相 4.3 凝固过程的气体 气体的控制措施 限制气体的来源 控制工艺参数 冶金处理 4.3 凝固过程的气体 氮主要来源于空气，它一旦进入