第五章 铸件及焊缝的宏观组织及控制ppt课件

1、第一节 铸件的宏观组织第二节 外表激冷区及柱状晶区的构成第三节 内部等轴晶的构成机理第四节 铸件宏观结晶组织的控制第五节 焊接熔池凝固及控制第一节 铸件的宏观组织u激冷晶区的晶激冷晶区的晶粒细小粒细小;u柱状晶区的晶柱状晶区的晶粒垂直于型壁陈粒垂直于型壁陈列，且平行于热列，且平行于热流方向流方向.u内部等轴晶区内部等轴晶区的晶粒较为粗大的晶粒较为粗大;表层急冷晶区表层急冷晶区中间柱状晶区中间柱状晶区内部等轴晶区内部等轴晶区图图5-2 几种不同类型的铸件宏观组织表示图几种不同类型的铸件宏观组织表示图a只需柱状晶只需柱状晶;b外表细等轴晶加柱状晶外表细等轴晶加柱状晶;c三个晶区都有三个晶区都有;d

2、只需等轴晶只需等轴晶 u大多数工业运用情况下，希望铸件宏观组织获得大多数工业运用情况下，希望铸件宏观组织获得各向同性的等轴细晶粒组织。为此，应发明条件各向同性的等轴细晶粒组织。为此，应发明条件抑制晶体的柱状长大，而促使内部等轴晶的构成抑制晶体的柱状长大，而促使内部等轴晶的构成和等轴晶细化。和等轴晶细化。u就断裂而论，裂纹最易沿晶界扩展就断裂而论，裂纹最易沿晶界扩展(特别是存在着特别是存在着溶质及杂质偏析时溶质及杂质偏析时)。柱状晶相碰的地带溶质及杂。柱状晶相碰的地带溶质及杂质聚积严重，呵斥强度、塑性、韧性在柱状晶的质聚积严重，呵斥强度、塑性、韧性在柱状晶的横向方向大幅度下降，对热裂敏感，腐蚀介

3、质中横向方向大幅度下降，对热裂敏感，腐蚀介质中易成为集中的腐蚀通道。易成为集中的腐蚀通道。u柱状晶的特点是各向异性，对于诸如磁性柱状晶的特点是各向异性，对于诸如磁性资料、发动机和螺旋浆叶片等这些强调一方资料、发动机和螺旋浆叶片等这些强调一方向性能的情况，采用定向凝固获得全部柱状向性能的情况，采用定向凝固获得全部柱状晶的零件反而更具优点。晶的零件反而更具优点。u如何在技术上有效地控制铸件的宏观组织如何在技术上有效地控制铸件的宏观组织非常重要。因此有必要学习各晶区组织的构非常重要。因此有必要学习各晶区组织的构成机理。成机理。第二节第二节 外表激冷区及柱状晶区的构成外表激冷区及柱状晶区的构成一、一、

4、 外表激冷区的构成外表激冷区的构成二、二、 柱状晶区的构成柱状晶区的构成一、外表激冷区的构成一、外表激冷区的构成u 型壁附近熔体由于遭到剧烈的型壁附近熔体由于遭到剧烈的激冷作用，产生很大的过冷度而激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核大量非均质生核,各种方式的晶粒各种方式的晶粒游离也是构成外表细等轴晶的游离也是构成外表细等轴晶的“晶核来源。这些晶核在过冷晶核来源。这些晶核在过冷熔体中采取枝晶方式生长，由于熔体中采取枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而构成可向过冷熔体中散失，从而构成了无方向性的外表细等轴晶组织。了无方向性的外表细

5、等轴晶组织。 一旦型壁附近的晶粒相互连结而一旦型壁附近的晶粒相互连结而构成稳定的凝固壳层，凝固将转为构成稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状晶区由外向内的生长，外表激柱状晶区由外向内的生长，外表激冷细晶粒区将不再开展。因此稳定冷细晶粒区将不再开展。因此稳定的凝固壳层构成得越早，外表细晶的凝固壳层构成得越早，外表细晶粒区向柱状晶区转变得也就越快，粒区向柱状晶区转变得也就越快，外表激冷区也就越窄。外表激冷区也就越窄。二、柱状晶区的构成二、柱状晶区的构成u稳定的凝固壳层一旦构成，柱状稳定的凝固壳层一旦构成，柱状晶就直接由外表细等轴晶凝固层晶就直接由外表细等轴晶凝固层某些晶粒为基底向内生长，开展某些晶粒为基

6、底向内生长，开展成由外向内生长的柱状晶区。枝成由外向内生长的柱状晶区。枝晶主干取向与热流方向平行的枝晶主干取向与热流方向平行的枝晶生长迅速晶生长迅速 。u柱状晶区开场于稳定凝固壳层的产柱状晶区开场于稳定凝固壳层的产生，而终了于内部等轴晶区的构成。生，而终了于内部等轴晶区的构成。因此柱状晶区的存在与否及宽窄程因此柱状晶区的存在与否及宽窄程度取决于上述两个要素综协作用的度取决于上述两个要素综协作用的结果。假设在凝固初期就使得内部结果。假设在凝固初期就使得内部产生等轴晶的晶核，将会有效地抑产生等轴晶的晶核，将会有效地抑制柱状晶的构成。制柱状晶的构成。柱状晶生长过程的动态演示柱状晶生长过程的动态演示柱

7、状晶生长过程的动态演示铸铸型型液液态态金金属属第三节第三节 内部等轴晶的构成机理内部等轴晶的构成机理一、一、“成分过冷实际成分过冷实际二、激冷等轴晶型壁零落与游离实际二、激冷等轴晶型壁零落与游离实际三、三、 枝晶熔断及结晶雨实际枝晶熔断及结晶雨实际四、单个等轴晶构成过程的动态演示四、单个等轴晶构成过程的动态演示 一、一、“成分过冷实际成分过冷实际u 该实际以为，随着凝固层向内推移，固相该实际以为，随着凝固层向内推移，固相散热才干逐渐减弱，内部温度梯度趋于平缓，散热才干逐渐减弱，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

8、大。当成分过冷大到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，便导致内部等轴晶足以发生非均质生核时，便导致内部等轴晶的构成。的构成。 a) 7500C水淬,摇动 b) 在坩埚中置一不锈钢筛网大野笃美的实验等轴晶等轴晶不锈钢筛网不锈钢筛网等轴晶等轴晶二、激冷等轴晶型壁零落与游离实际二、激冷等轴晶型壁零落与游离实际u在浇注的过程中及凝固的初期激冷,等轴晶自型壁零落与游离促使等轴晶构成, 浇注温度低可以使柱状晶区变窄而扩展等轴晶区 。图5-5 型壁处构成的激冷晶向铸件内部的游离a) 晶体密度比熔体小的情况; b) 晶体密度比熔体大的情况为什么纯金属几乎得不到等轴晶而溶为什么纯金属几乎

9、得不到等轴晶而溶质浓度大的合金容易得到等轴晶呢质浓度大的合金容易得到等轴晶呢? u溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈，具有脖颈，具有“脖颈的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体衔接构成凝固脖颈的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体衔接构成凝固壳壳, 另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖脖颈，使晶体零落并游离出去。颈，使晶体零落并游离出去。 图5-6 晶体与型壁交会处产生“脖颈促使晶体发生零落而游离 图5-7 游离晶体的生长、部分熔化与增殖三、 枝晶熔断及结晶雨实际u生长着的柱状枝晶在凝固

10、界面前方的熔断、游离和增殖导致了内部等轴晶晶核的构成，称为“枝晶熔断实际。 u液面冷却产生的晶粒下雨似地堆积到柱状晶区前方的液体中，下落过程中也发生熔断和增殖，是铸锭凝固时内部等轴晶晶核的主要来源，称为“结晶雨实际。u目前比较一致的看法是内部等轴晶区的构成很能够是多种途径起作用。在一种情况下，能够是这种机理起主导作用，在另一种情况下，能够是另一种机理在起作用，或者是几种机理的综协作用，而各自作用的大小当由详细的凝固条件所决议。四、单个等轴晶构成过程的动态演示u 各向同性，多方向生长各向同性，多方向生长 u 各向异性，四向生长各向异性，四向生长u 各向异性，六向生长各向异性，六向生长u 各向异性

11、，双核生长各向异性，双核生长 第四节 铸件宏观结晶组织的控制u思绪思绪: 晶区的构成和转变乃是过冷熔体独立生核的才干晶区的构成和转变乃是过冷熔体独立生核的才干和各种方式晶粒游离、增殖或重熔的程度这两个根本条和各种方式晶粒游离、增殖或重熔的程度这两个根本条件综协作用的结果，铸件中各晶区的相对大小和晶粒的件综协作用的结果，铸件中各晶区的相对大小和晶粒的粗细就是由这个结果所决议的。凡能强化熔体独立生核，粗细就是由这个结果所决议的。凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，以及有助于游离晶的残存与增殖的各种促进晶粒游离，以及有助于游离晶的残存与增殖的各种要素都将抑制柱状晶区的构成和开展，从而扩展等轴晶要素都

12、将抑制柱状晶区的构成和开展，从而扩展等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。区的范围，并细化等轴晶组织。 一、合理地控制浇注工艺和冷却条件二、孕育处置三、动力学细化合理的浇注工艺冷却条件的控制合理的浇注工艺合理的浇注工艺u浇注温度u浇注方式 合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得及细化等轴晶的有效措施。但过低的浇及细化等轴晶的有效措施。但过低的浇注温度将降低液态金属的流动性，导致注温度将降低液态金属的流动性，导致浇缺乏和冷隔等缺陷的产生。浇缺乏和冷隔等缺陷的产生。 经过改动浇注方式强化对流对型壁激经过改动浇注方式强化对流对型壁激冷晶的冲刷作用，能有效地促进细等冷晶的冲刷

13、作用，能有效地促进细等轴晶的构成。但必需留意不要因此而轴晶的构成。但必需留意不要因此而引起大量气体和夹杂的卷入而导致铸引起大量气体和夹杂的卷入而导致铸件产生相应的缺陷。件产生相应的缺陷。 铸型中间浇注铸型中间浇注 单孔上注单孔上注 沿型壁六孔浇注沿型壁六孔浇注 图图5-8 不同浇注方法引起不同的铸件凝固组织不同浇注方法引起不同的铸件凝固组织 低温铸造低温铸造水流冷却的斜板浇注方法水流冷却的斜板浇注方法 冷却条件的控制冷却条件的控制u控制冷却条件的目的是构成宽的凝固区域和获得大的过冷，控制冷却条件的目的是构成宽的凝固区域和获得大的过冷，从而促进熔体生核和晶粒游离。小的温度梯度从而促进熔体生核和晶

14、粒游离。小的温度梯度GL和高的和高的冷却速度冷却速度R可以满足以上要求。但就铸型的冷却才干而言，可以满足以上要求。但就铸型的冷却才干而言，除薄壁铸件外，这二者不可兼得。除薄壁铸件外，这二者不可兼得。 对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导才干的铸型。对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导才干的铸型。 对厚壁铸件，普通采用冷却才干小的铸型以确保等轴晶对厚壁铸件，普通采用冷却才干小的铸型以确保等轴晶的构成，再辅以其他晶粒细化措施以得到称心的效果。的构成，再辅以其他晶粒细化措施以得到称心的效果。悬浮浇注法可同时满足小的悬浮浇注法可同时满足小的GL与高的与高的R的要求。的要求。 悬浮浇注法是在浇注悬浮浇注法是

15、在浇注过程中将一定量的固过程中将一定量的固态金属颗粒参与到金态金属颗粒参与到金属液中，从而改动金属液中，从而改动金属液凝固过程，到达属液凝固过程，到达细化组织、减小偏析、细化组织、减小偏析、减小铸造应力的目的减小铸造应力的目的的一种工艺方法。的一种工艺方法。悬浮浇注用涡流导入法的浇注系统悬浮浇注用涡流导入法的浇注系统料斗料斗离心集液包离心集液包直浇道直浇道悬浮浇注法的特点 1) 显著细化铸件组织，提高力学性能，改善铸件厚大断面力显著细化铸件组织，提高力学性能，改善铸件厚大断面力学性能均匀性；学性能均匀性； 2) 减小凝固收缩，使冒口减小减小凝固收缩，使冒口减小1535%； 3) 减少缩松，提高

16、铸件致密性；减少缩松，提高铸件致密性； 4) 减小铸造应力，减小铸件热裂倾向；减小铸造应力，减小铸件热裂倾向； 5) 改善宏观偏析；改善宏观偏析； 6) 提高凝固速度，改善铸型受热情况；提高凝固速度，改善铸型受热情况； 7) 可以实现浇注过程合金化。可以实现浇注过程合金化。技术原理：技术原理： 经过参与金属颗粒与金属液的物经过参与金属颗粒与金属液的物理化学、晶体学和热作用，强迫金属液生核，理化学、晶体学和热作用，强迫金属液生核，并改动铸型中金属液的温度分布，从而改动并改动铸型中金属液的温度分布，从而改动金属凝固方式。金属凝固方式。 适用范围：适用范围： 各种铸钢件、铸铁件、及有色合各种铸钢件、

17、铸铁件、及有色合金件。金件。 不需求特殊设备，仅要求简单辅助工不需求特殊设备，仅要求简单辅助工装。装。二、孕育处置二、孕育处置u孕育处置是浇注之前或浇注过程中向液态金属中添孕育处置是浇注之前或浇注过程中向液态金属中添加少量物质以到达细化晶粒、改善宏观组织目的的加少量物质以到达细化晶粒、改善宏观组织目的的一种工艺方法。一种工艺方法。 u孕育孕育( Inoculation)主要是影响生核过程和促进晶粒主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而蜕变游离以细化晶粒；而蜕变Modification那么是那么是改动晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。蜕变在改动晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。蜕变在改动

18、共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的改动共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的运用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的那么运用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的那么是孕育方法。是孕育方法。 孕育剂作用机理的两类观念孕育剂作用机理的两类观念u孕育主要起非孕育主要起非自发形核作用自发形核作用u经过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶经过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。孕育剂含有直接作为非自发生核的物质孕育剂含有直接作为非自发生核的物质 孕育剂能与液相中某些元素反响生成较孕育剂

19、能与液相中某些元素反响生成较稳定的化合物而产生非自发生核稳定的化合物而产生非自发生核在液相中呵斥很大的微区富集而迫使结在液相中呵斥很大的微区富集而迫使结晶相提早弥散析出而生核晶相提早弥散析出而生核 合金种类合金种类孕育剂主要组元孕育剂主要组元加入量加入量wt%加入方法加入方法碳钢及合金钢碳钢及合金钢Ti0.10.2铁合金铁合金V0.060.30B0.0050.01铸铁铸铁Si-Fe，Ca, Ba, Sr0.11.0，与与Si-Fe复合复合铁合金铁合金铝合金铝合金Ti, Zr , Ti+B, Ti+C Ti:0.15; Zr:0.2；复合复合:Ti0.01B或或C0.05;Al-Ti, Al-Z

20、r,Al-Ti-B,Al-Ti-C中间合金中间合金过共晶过共晶Al-Si合金合金P0.02Al-P，Cu-P，Fe-P中间合金中间合金铜合金铜合金Zr, Zr+B, Zr+Mg,Zr+Mg+Fe+P0.020.04纯金属或中间合金纯金属或中间合金镍基高温合金镍基高温合金WC, NbC碳化物粉末碳化物粉末表表5-1 合金常用孕育剂的主要元素情况合金常用孕育剂的主要元素情况 孕育衰退孕育效果逐渐减弱孕育衰退孕育效果逐渐减弱u孕育剂参与合金液后要阅历一个孕育期和衰退期。孕育剂参与合金液后要阅历一个孕育期和衰退期。u在孕育期内，作为孕育剂的中间合金的某些组分完在孕育期内，作为孕育剂的中间合金的某些组分

21、完成熔化过程，或与合金液反响生成化合物，起细化成熔化过程，或与合金液反响生成化合物，起细化作用的异质固相颗粒均匀分布并与合金液充分润湿，作用的异质固相颗粒均匀分布并与合金液充分润湿，逐渐到达最正确的细化效果。逐渐到达最正确的细化效果。u当细化效果到达最正确值时浇注是最理想的，随合当细化效果到达最正确值时浇注是最理想的，随合金熔化温度和孕育剂种类的不同，到达最正确细化金熔化温度和孕育剂种类的不同，到达最正确细化效果所需求的时间也不同。效果所需求的时间也不同。u几乎一切的孕育剂都有在孕育处置后一段时间出现几乎一切的孕育剂都有在孕育处置后一段时间出现孕育衰退景象，因此孕育效果不仅取决于孕育剂的本孕育

22、衰退景象，因此孕育效果不仅取决于孕育剂的本身，而且也与孕育处置工艺亲密相关。身，而且也与孕育处置工艺亲密相关。u普通处置温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂普通处置温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处置温度。均匀散开的前提下，应尽量降低处置温度。u孕育剂的粒度也要根据处置温度、被处置合金液量孕育剂的粒度也要根据处置温度、被处置合金液量和详细的处置方法来选择。和详细的处置方法来选择。 三、动力学细化三、动力学细化 1铸型振动铸型振动2超声波振动超声波振动3液相搅拌液相搅拌4流变铸造流变铸造1铸型振动铸型振动u在凝固过程中振动铸型可使液相在凝固过程中振动铸型可使液相和

23、固相发生相对运动，导致枝晶和固相发生相对运动，导致枝晶破碎构成结晶中心。离心铸造时破碎构成结晶中心。离心铸造时假设周期改动旋转方向可获得细假设周期改动旋转方向可获得细小等轴晶，阐明液相和固相发生小等轴晶，阐明液相和固相发生相对运动所起的细化晶粒作用。相对运动所起的细化晶粒作用。u振动还可引起部分的温度起伏，振动还可引起部分的温度起伏，有利于枝晶熔断。有利于枝晶熔断。u振动铸型可促使振动铸型可促使“晶雨的构成。晶雨的构成。立式离心铸造机2超声波振动超声波振动u 超声波振动可在液相中产生超声波振动可在液相中产生空化作用，构成空隙，当这些空空化作用，构成空隙，当这些空隙解体时，液体迅速补充，液体隙解

24、体时，液体迅速补充，液体流动的动量很大，产生很高的压流动的动量很大，产生很高的压力。当压力添加时凝固的合金熔力。当压力添加时凝固的合金熔点温度也要添加，从而提高了凝点温度也要添加，从而提高了凝固过冷度，呵斥形核率的提高，固过冷度，呵斥形核率的提高，使晶粒细化。使晶粒细化。3液相搅拌液相搅拌 采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可呵斥液相相对固相的采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可呵斥液相相对固相的运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，到达细化晶粒的目的。运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，到达细化晶粒的目的。 连铸过程采用电磁搅拌的主要作用是提高连铸坯的质量，例如去除夹杂物、连铸过程采用电磁搅拌的主

25、要作用是提高连铸坯的质量，例如去除夹杂物、消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率。在浇铸断面较大的消除皮下气泡、减轻中心偏析、提高连铸坯的等轴晶率。在浇铸断面较大的铸坯以及浇铸质量要求较高时，电磁搅拌技术便成为首选。铸坯以及浇铸质量要求较高时，电磁搅拌技术便成为首选。4流变铸造流变铸造u 流变铸造又称半固态铸流变铸造又称半固态铸造，这种方法是当液体金造，这种方法是当液体金属凝固达属凝固达5060时，在时，在氩气维护下进展高速搅拌，氩气维护下进展高速搅拌，使金属成为半固态浆液，使金属成为半固态浆液，将半固态浆液凝固成坯料将半固态浆液凝固成坯料或挤压至铸型凝固成形。或挤压至铸型凝固成形。

26、其固态晶体随搅拌转速的其固态晶体随搅拌转速的添加趋于细小而圆整，机添加趋于细小而圆整，机械性能显著提高。械性能显著提高。这种细小圆整的半固这种细小圆整的半固态金属浆液由于具有态金属浆液由于具有较好的流动性而容易较好的流动性而容易成形。由于它的温度成形。由于它的温度远低于液相线温度，远低于液相线温度，所以对于黑色金属的所以对于黑色金属的压铸件来说，能大大压铸件来说，能大大减轻金属对模具的热减轻金属对模具的热冲击，提高压铸模具冲击，提高压铸模具的寿命，扩展黑色金的寿命，扩展黑色金属压铸的运用范围。属压铸的运用范围。传统铸造传统铸造a a和流变铸造和流变铸造b b所获得的显微组织所获得的显微组织 第

27、五节第五节 焊接熔池凝固及控制焊接熔池凝固及控制 一、熔池凝固条件二、熔池结晶特征三、熔池结晶组织的细化一、熔池凝固条件u体积小、冷速快体积小、冷速快 u温差大、过热度高温差大、过热度高 u动态凝固过程动态凝固过程 u液态金属对流猛烈液态金属对流猛烈 1. 熔池金属的体积小，冷却速度快熔池金属的体积小，冷却速度快u在普通电弧焊条件下，熔池的体积最大也只需在普通电弧焊条件下，熔池的体积最大也只需30cm3 ，分量不超越，分量不超越100g;u周围被冷态金属所包围，所以熔池的冷却速度周围被冷态金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，通常可达很大，通常可达4100/s，远高于普通铸件，远高于普通铸件的冷

28、却速度的冷却速度;u由于冷却快，温度梯度大，致使焊缝中柱状晶由于冷却快，温度梯度大，致使焊缝中柱状晶得到充分开展。这也是呵斥高碳、高合金钢以得到充分开展。这也是呵斥高碳、高合金钢以及铸铁资料焊接性差的主要缘由之一。及铸铁资料焊接性差的主要缘由之一。 2. 温差大、过热温度高温差大、过热温度高u熔池金属中不同区域因加热与冷却速度很快，熔池金属中不同区域因加热与冷却速度很快，熔池中心和边缘存在较大的温度梯度，例如，对熔池中心和边缘存在较大的温度梯度，例如，对于电弧焊接低碳钢或低合金钢，熔池中心温度高于电弧焊接低碳钢或低合金钢，熔池中心温度高达达21002300，而熔池后部外表温度只需，而熔池后部外

29、表温度只需1600左右，熔池平均温度为左右，熔池平均温度为1700100。u由于过热温度高，非自发形核的原始质点数大为由于过热温度高，非自发形核的原始质点数大为减少，这也促使焊缝柱状晶的开展。减少，这也促使焊缝柱状晶的开展。3. 动态凝固过程动态凝固过程u处于热源挪动方向前端的母材不断熔化，连同过渡到熔处于热源挪动方向前端的母材不断熔化，连同过渡到熔池中的熔融的焊接资料一同在电弧吹力作用下，对流至池中的熔融的焊接资料一同在电弧吹力作用下，对流至熔池后部。随着热源的离去，熔池后部的液态金属立刻熔池后部。随着热源的离去，熔池后部的液态金属立刻开场凝固。因此，凝固过程是延续进展并随熔池前进。开场凝固

30、。因此，凝固过程是延续进展并随熔池前进。图图5-11 熔池的运动形状下结晶熔池的运动形状下结晶4. 液态金属对流猛烈液态金属对流猛烈u熔池中存在许多复杂的作用力，如电弧的机械熔池中存在许多复杂的作用力，如电弧的机械力、气流吹力、电磁力，以及液态金属中密度差，力、气流吹力、电磁力，以及液态金属中密度差，使熔池金属产生剧烈的搅拌和对流，在熔池上部使熔池金属产生剧烈的搅拌和对流，在熔池上部其方向普通从熔池头部向尾部流动，而在熔池底其方向普通从熔池头部向尾部流动，而在熔池底部的流动方向与之正好相反，这一点有利于熔池部的流动方向与之正好相反，这一点有利于熔池金属成分分布的均匀化与纯真化。金属成分分布的均

31、匀化与纯真化。二、熔池结晶特征二、熔池结晶特征u 联生结晶联生结晶 u 柱状晶生长方向与速度的变化柱状晶生长方向与速度的变化u 熔池凝固组织形状的多样性熔池凝固组织形状的多样性 1. 联生结晶联生结晶u在熔池中存在两种现成固相外在熔池中存在两种现成固相外表：一种是合金元素或杂质的表：一种是合金元素或杂质的悬浮质点在正常情况下所起悬浮质点在正常情况下所起作用不大；另一种就是熔池作用不大；另一种就是熔池边境未熔母材晶粒外表，非自边境未熔母材晶粒外表，非自发形核就依靠在这个外表，在发形核就依靠在这个外表，在较小的过冷度下以柱状晶的形较小的过冷度下以柱状晶的形状向焊缝中心生长，称为联生状向焊缝中心生长

32、，称为联生结晶结晶(也称外延生长也称外延生长)。 2. 柱状晶生长方向与速度的变化柱状晶生长方向与速度的变化 u典型的焊接熔池外形典型的焊接熔池外形像不规范的半椭球。像不规范的半椭球。熔池的外形和大小，熔池的外形和大小，受母材的热物理性质、受母材的热物理性质、尺寸和焊接方法以及尺寸和焊接方法以及工艺参数等要素的影工艺参数等要素的影响。焊接速度增大响。焊接速度增大, L添加添加, Bmax减小减小. u熔池的最大散热方向是液相等温线的法线方向,晶体生长方向与最大散热方向正好相反, 因此在生长过程中不断改动方向,构成弯曲状柱状晶。生长速度R与焊接速度满足关系式 : cosR在熔合区上晶粒开场生长的瞬时图中在熔合区上晶粒开场生长的瞬时图中 H 和和F点点, 晶粒生长线速度晶粒生长线速度R为零，即焊缝边缘的生长速度最慢。而在热源挪动后面的焊缝中心为零，即焊缝边缘的生长速度最慢。而在热源挪动后面的焊缝中心D点，晶粒生长速度点，晶粒生长速度R与焊接速度与焊接速度相等，生长最快。普通情况下，由相等，生长最快。普通情况下，由于等温线是弯曲的，其曲线上各点的法线方向不断地改动，因此晶粒于等温线是弯曲的，其曲线上各点的法线方向不断地改动，因此晶粒生