9.1 铸件凝固组织的形成机控制.pptVIP

第一节 铸件宏观凝固组织的特征及形成机理 教学内容： 铸件宏观凝固组织的特征，铸件宏观凝固组织的形成机理 教学要求： 1. 了解铸件宏观凝固组织的特征； 2. 理解铸件宏观凝固组织的形成机理； 3. 了解铸件结晶组织对铸件性能的影响； 4. 理解宏观组织的控制途径和措施。 重点：铸件宏观凝固组织的形成机理及控制措施。 一 铸件宏观凝固组织的特征 铸件的宏观组织通常由表面细晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。 四种情况：只有柱状晶（图a）；表面细等轴晶加柱状晶（图b）；三个晶区都有（图c）；只有等轴晶（图d）。 晶区的厚度及影响 1、随合金成分和铸件条件 厚度和晶区数发生变化 2、决定铸件质量的是柱状晶区与等轴晶区的相对量 二 铸件宏观凝固组织的形成机理 （一）表面细晶区的形成 表面激冷区中的晶粒通常是无方向性的细等轴晶。 1、 根据传统理论，当液态金属浇入温度较低的铸型中时，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。 2、近期研究，晶核的另一个来源是游离晶粒 游离晶的产生：溶质偏析 和流动有利于形成表面晶 3、获得表面细晶区的条件：抑制铸型表面形成稳定的凝固壳层 4、激冷能力的作用 增加异质形核能力 增加型壁附近晶体数量—形成凝固壳层 （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。 形成凝固壳层后界面前沿晶粒形成枝晶—择优在于热流方向上长大—柱状晶 如果界面前方始终不利于等轴晶的形成与生长，则柱状晶区可以一直延伸到铸件中心。如果界面前方有利于等轴晶的产生与发展条件，内生生长而形成内部等轴晶，这样会阻止柱状晶区的进一步扩展 （三）内部等轴晶区的形成 内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。 1、“成分过冷”理论 这个理论是Winegand 和Chalmers 于1954 年提出来的 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。 这种说法后来被人们所怀疑，连Chalmers 本人也放弃了它 2、激冷形成的晶核卷入理论 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、型壁晶粒脱落和枝晶熔断理论 靠近型壁晶体根部和枝晶根部的溶质在液体中扩散均化的条件最差，偏析严重，侧向生长受到严重抑制 远离根部的其它位置 生长速度快 -------------------------产生颈缩现象 在缩颈处断裂 形成晶粒的游离 4、“结晶雨”游离理论 形成游离晶体后 由于这些晶体密度比液态金属大 象雨滴一样降低 形成游离晶体， 长大后形成内部等轴晶。 多发生在大型铸锭的凝固过程 注意 1、游离的晶体存在增殖现象 (1)自由状态下的游离晶一般都是以树枝晶长大的具有树枝晶结构 (2)在液体中漂移过程中表面处于反复局部熔化和反复生长 (3)在分枝根部缩颈可能断开 破碎成几部分 在低温下各自生长为新的游离晶。 2、实际以上四种等轴晶形成机理都存在 相对作用则取决于凝固的条件 小结 铸件宏观凝固组织 表面细晶区的形成 柱状晶区的形成 内部等轴晶区的形成 作业 1、描述表面细晶区的形成理论（思考题） 2、描述柱状晶的形成理论 3、描述等轴晶形成的理论 （重点掌握）