大学材料科学经典教程六单元材料的凝固课件.pptVIP

铸锭的组织 铸锭的组织 表层等轴细晶区 晶粒细小，取向随机，尺寸等轴，因为浇铸时锭模温度低，大的过冷度加上模壁和涂料帮助形核，大的形核率使与锭模接触的表层得到等轴细晶区。 特点：晶粒细小，组织致密，机械性能良好。 柱状晶区 随模具温度的升高，只能随锭模的散热而降低温度，形核困难，只有表层晶粒向内生长，不同晶向的生长速度不一样，那些较生长有利的部分晶粒同时向内长大，掩盖了大量的晶粒，形成了较粗且方向基本相同的长形晶粒区。 中心等轴晶区 凝固的进行后期，四周散热和液体的对流，中心的温度达到均匀，降到凝固点以下后，表层晶粒的沉降、生长中碎断晶枝的冲入可作为核心，且可向四周均匀生长，形成等轴晶。晶核数量的有限，该区间的晶粒通常较粗大。 力学性能 表层硬 柱状区有方向性 中心疏松、多杂质 2、铸锭（件）组织的控制 有利于柱状晶区发展的因素有： 快的冷却速度（提高铸锭模的冷却能力）； 高的浇注温度、浇注速度（增大温度梯度）； 和方向性的散热等。 有利于等轴晶区发展的因素有：慢的冷却速度，低的浇注温度，均匀散热，变质处理和应用物理的方法等。尤其是加入有效的形核剂和采用机械扰动、超声振动、磁的或电磁的搅拌等，均有利于生长晶体前沿的液体中形成大量的非均匀形核，从而使铸件获得具有细小的等轴晶组织。 、铸锭中的组织缺陷 缩孔：大多材料凝固后体积收缩，留下的空腔就形成缩孔，缩孔是不可避免的。 减少危害措施: 可后加液体补缩减小缩孔； 让缩孔在不使用部位，如铸锭或铸件的冒口，凝固后切去来保证使用部位无缩孔; 底加冷铁等 。 疏松：实际为微小分散的收缩孔，树枝间或晶粒间收缩孔被凝固的固体封闭而得不到液体补充而留下得缺陷。中部比边缘多，尺寸大得铸件比小尺寸铸件严重。型材的轧制可减小或消除其不利的影响。 气孔：液体中的气体在凝固中未排出在凝固体内形成的缺陷。 气体的来源：析出型(气体在液、固中的溶解度不同)和反应型(凝固过程中发生的化学反应生成)。 夹杂物：与基体要求成分和组织都不相同多余颗粒，外来夹杂物有浇铸中冲入的其它固体物，如耐火材料、破碎铸模物等。 成分偏析：在多组元材料中，不同位置材料的成分不均匀叫做偏析。 按其区域分为宏观偏析(不同区域的成分不同)和微观偏析(各区域平均成分相同，在微观位置如一个晶粒的内部或更小的范围看成分有差别)。 偏析 1、宏观偏析 宏观偏析又称区域偏析，据其表现形式不同，可分为正常偏析、反偏析和比重偏析等类型。 （1）正常偏析 假定合金的分配系数小于1，先凝固的外层中溶质元素含量较后凝固的内层为低，这是正常偏析 （2）反偏析 反偏析正好与正常偏相反，即在分配系数小于1的合金铸件中，外层的溶质元素含量反而比内层的溶质元素含量高。 （3）比重偏析 这是由组成相与熔液之间比重的差别所引起的一种宏观偏析 2、显微偏析 显微偏析可以分为胞状偏析、枝晶偏析和晶界偏析 第五节 凝固理论的应用 一、单晶体制备 1、意义：单晶是电子元件和激光元件的重要原料。金属单晶也开始应用于某些特殊场合如喷气发动机叶片等。 ???2、基本原理：根据结晶理论，制备单晶的基本要求是液体结晶时只存在一个晶核，要严格防止另外形核。 3、制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。 第六节 凝固理论的应用 二、定向凝固技术 （1）原理：单一方向散热获得柱状晶。 （2）制备方法。 第六节 凝固理论的应用 三、 急冷凝固技术? 超高速急冷技术可获得超细化晶粒的金属、亚稳态结构的金属和非晶态结构的金属。非晶态金属具有特别高的强度和韧性、优异的软磁性能、高的电阻率、良好的抗蚀性等。 （1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。 （3）准晶合金。 ? 图4-26 纯铅的树枝状晶体 图4-27锑锭表面的树枝晶 五、非金属晶体的长大 第四节 晶核的长大 在正温度梯度下，等温面和有利的晶体表面不相同时，界面会分解为台阶形。 在表面的台阶处有利晶体的生长，这时原子从液体转移到固体中增加的表面积较小，台阶填充完后在表面生长也需要一定的临界尺寸，表现为非金属生长的动态过冷度比金属大，可达到3—5℃，其中特别是螺位错造成的表面台阶对生长有利，并且是永远填不满的台阶。 第五节 固溶体合金的凝固 固溶体凝固的条件 1、热力学条件---过冷度 2、结构条件----结构起伏（相起伏） 3、能量条件-----能量起伏 4、动力学条件----动态过冷度 5、成份条件-----成分起伏 成份起伏：指材料内微区中因原子