材料成型原理 金属的凝固ppt课件

1、LOGO湖南科技大学湖南科技大学机电工程学院机电工程学院2022-2-61资料成形原理2022-2-62 凝固是指从液态向固态转变的相变过程，广凝固是指从液态向固态转变的相变过程，广泛存在于自然界和工程技术领域。研讨和了解液泛存在于自然界和工程技术领域。研讨和了解液态金属的构造和性质，是分析和控制金属凝固过态金属的构造和性质，是分析和控制金属凝固过程必要的根底。程必要的根底。3.1 液态金属的构造和性质液态金属的构造和性质 从微观上看，凝固可以定义为物质原子或分子从微观上看，凝固可以定义为物质原子或分子从较为猛烈运动的形状转变为规那么陈列的形状从较为猛烈运动的形状转变为规那么陈列的形状的过程。

2、的过程。2022-2-63 液态金属中的原子和固态时一样，均不能自在运动，围绕着平衡结点位置进展振动，但振动的能量和频率要比固态原子高几百万倍。 液态金属宏观上呈正电性，具有良好导电、导热和流动性。 固体可以是非晶体也可以是晶体，而液态金属那么几乎总是非晶体 。3.1.1 固体金属的加热与熔化固体金属原子的热运动金属原子间的作用力金属键库仑力2022-2-642022-2-65 原子热运动相互碰撞并传送能量的结果是各原原子热运动相互碰撞并传送能量的结果是各原子能量不均匀能量起伏。子能量不均匀能量起伏。金属的熔化 原子受热时，假设其获得的动能大于激活能时，原子就能越过原来的势垒，进人另一个势阱。

3、这样，原子处于新的平衡位置，即从一个晶格常数变成另一个晶格常数。晶体比原先尺寸增大，即晶体受热而膨胀。对晶体进一步加热那么在晶界处的原子跨越势垒而处于激活形状，能脱离晶粒的外表使金属处于熔化形状。2022-2-66 在熔点处，金属被进一步加热，其温度不会进一在熔点处，金属被进一步加热，其温度不会进一步升高，而是晶粒外表原子腾跃更频繁。晶粒进一步步升高，而是晶粒外表原子腾跃更频繁。晶粒进一步瓦解为小的原子集团和游离原子，构成时而集中时而瓦解为小的原子集团和游离原子，构成时而集中时而分散的原子集团、游离原子和空穴；此时，金属从固分散的原子集团、游离原子和空穴；此时，金属从固态转变为液态，其体积膨胀

4、约态转变为液态，其体积膨胀约3%5%。同时，金属的。同时，金属的其他性质如电阻、粘性也会发生突变。在熔点温度的其他性质如电阻、粘性也会发生突变。在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属要吸收大量的热量，固态变为同温度的液态时，金属要吸收大量的热量，称为熔化潜热。称为熔化潜热。2022-2-67 熔化时外界提供的热能，除因原子间距增大、体积膨胀而做功外，还添加体系的内能。在恒压下存在如下关系式 Eq = U + pdV = H (3-1)式中， Eq为外界提供的热能；U为内能； pdV为膨胀功； H为热焓的变化，即熔化潜热。 在等温等压下由上式得熔化时熵值的变化为 dS= Eq/T=(U + p

5、dV )/T (3-2) dS值的大小描画了金属由固态变成液态时，原子由规那么陈列变成非规那么陈列的紊乱程度。2022-2-683.1.2 3.1.2 液态金属的构造液态金属的构造液态金属的热物理性质液态金属的热物理性质 从固态金属的熔化过程可看出，在熔点附近或过热度从固态金属的熔化过程可看出，在熔点附近或过热度不大的液态金属中依然存在许多的固态晶粒，其构造接近不大的液态金属中依然存在许多的固态晶粒，其构造接近固态而远离气态汽化潜热远大于其熔化潜热。固态而远离气态汽化潜热远大于其熔化潜热。 熵值变化是系统构造紊乱性变化的量度。金属由固态熵值变化是系统构造紊乱性变化的量度。金属由固态变为液态熵值

6、添加不大，阐明原子在固态时的规那么陈列变为液态熵值添加不大，阐明原子在固态时的规那么陈列熔化后紊乱程度不大。由表熔化后紊乱程度不大。由表3-1可见金属由熔点温度的固态可见金属由熔点温度的固态变为同温度的液态比其从室温加热至熔点的熵变要小。变为同温度的液态比其从室温加热至熔点的熵变要小。X射线构造分析射线构造分析 经过经过X射线衍射找出液态金属的原子间距和配位数从而射线衍射找出液态金属的原子间距和配位数从而确定液态金属同固态金属在构造上的差别。确定液态金属同固态金属在构造上的差别。2022-2-69 液态铝中的原子的陈列在几个原子间距的小范围内，与其固态铝原子的陈列方式根本一致，而远离的原子就完

7、全不同于固态了。这种构造称为“微晶。液态铝的这种构造称为“近程有序、“远程无序的构造，而固态的原子构造为远程有序的构造。2022-2-610液态金属的构造液态金属的构造 由前面分析可见，纯金属的液态构造是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，而实践液态合金还包含杂质和气泡等构造。原子集团由数量不等的原子组成，其大小为10-10m数量级，在此范围内仍具有一定的规律性，称为“近程有序。 实践金属和合金中，除了能量起伏，还存在浓度起伏溶质原子含量成分的瞬时不稳定性。 因此，实践液态金属和合金中存在能量起伏、浓度起伏及构造起伏或叫相起伏，三个起伏影响液态合金凝固过程。2022-2-611 金属由液态

8、转变为固态的凝结过程，本质上就是原子由近程有序形状过渡为长程有序形状的过程。金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶； 金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶。再结晶？ 2022-2-6123.1.3 3.1.3 液态金属的性质液态金属的性质 液态金属有各种性质，在此仅论述与资料成形过程关系特别亲密的二个性质：粘度 (粘滞性)和外表张力。A.粘度：粘度的本质及影响要素当外力F(x)作用于液态外表时，层与层之间存在内摩擦力，由牛顿液体粘滞定律及富林克尔实际：粘度本质上是原子间的结合力液粘度本质上是原子间的结合力液体的内摩擦力。粘度与温度的关系体的内摩擦力。粘度与温度的关系为为:

9、:在温度不太高时，指数项的影响在温度不太高时，指数项的影响是主要的，即是主要的，即与与T T成反方向变化。成反方向变化。当温度很高时，指数项接近于当温度很高时，指数项接近于1 1，与，与T T成正比。此外夹杂物及合金元素等成正比。此外夹杂物及合金元素等对粘度也有影响。对粘度也有影响。2022-2-613 流膂力学中有运动粘度/，密度， ，惯性，紊流倾向。运动粘度适用于外力作用下的水力学运动；在外力作用非常小的情况，液体金属的动力粘度将起主要作用，如夹杂物的上浮过程和凝固过程中的补缩等均与动力粘度系数有关。影响粘度的要素：影响粘度的要素： 金属的粘度与温度和成份的变化有关，温度升金属的粘度与温度

10、和成份的变化有关，温度升高粘度降低；液态金属中的固态杂质数量增多，高粘度降低；液态金属中的固态杂质数量增多，粘度添加；合金元素的变化，也影响粘度变化，粘度添加；合金元素的变化，也影响粘度变化，如含碳量添加，粘度降低。普通而言，共晶点附如含碳量添加，粘度降低。普通而言，共晶点附近的合金粘度最低。近的合金粘度最低。粘度在资料成形过程中的意义粘度在资料成形过程中的意义a.对液态合金流动阻力的影响对液态合金流动阻力的影响: 根据流膂力学，根据流膂力学，Re2300为湍流紊流，为湍流紊流，Re2300为层流。为层流。Re的数学式为的数学式为2022-2-614b.b.对凝固过程中液态合金对流的影响对凝固

11、过程中液态合金对流的影响 液态金属在冷却和凝固过程中，由于存在温度差和浓液态金属在冷却和凝固过程中，由于存在温度差和浓度差而产生浮力，它是液态合金对流的驱动力。当浮力度差而产生浮力，它是液态合金对流的驱动力。当浮力大于或等于粘滞力时那么产生对流，其对流强度由无量大于或等于粘滞力时那么产生对流，其对流强度由无量纲的格拉晓夫准那么度量，即纲的格拉晓夫准那么度量，即 设f为流体流动时的阻力系数，那么有 当液体以层流方式流动时，阻力系数大，流动阻力大。金属液体的流动成形，以紊流方式流动最好，由于流动阻力小，液态金属能顺利地充填型腔，故金属液在浇注系统和型腔中的流动普通为紊流。但在充型的后期或夹窄的枝晶

12、间的补缩流和细薄铸件中，那么呈现为层流。2022-2-615式中，GT、GC分别为温度和浓度引起的对流强度。可见粘度越大对流强度越小。液体对流对结晶组织、溶质分布、偏析、杂质的聚合等产生重要影响。 c. c.对液态金属净化的影响对液态金属净化的影响液态金属中存在各种夹杂物及气泡等，必需尽量除去。杂质及气泡与金属液的密度不同。根据司托克斯原理，半径0.1mm以下的球形杂质的上浮速度 ：2022-2-616B.外表张力：外表张力： 液体或固体同空气或真空接触的面叫外表。外表产生一个特有的景象外表景象。如荷叶上晶莹的水珠呈球状，雨水总是以近球状的方式从天空落下。总之，一小部分的液体单独在大气中出现时

13、，力图坚持球状形状，阐明总有一个力的作用使其趋向球状，这个力称为外表张力。外表张力是质点分子、原子等间作用力不平衡引起的。这就是液珠存在的缘由。由物理化学可知：当外界所做的功仅用来抵抗外表张力而使系统外表积增大时，该功的大小那么等于系统自在能的增量。2022-2-617 90o 90o = 0o =180oAbsolute wettingNo wetting润湿景象Part wetting2022-2-618影响界面张力的要素影响界面张力的要素影响液态金属界面张力的要素主要有熔点、影响液态金属界面张力的要素主要有熔点、温度和溶质元素。温度和溶质元素。1熔点熔点 界面张力的本质是质点间的作用界面

14、张力的本质是质点间的作用力，故原子间结合力大的物质，其熔点、沸点高，力，故原子间结合力大的物质，其熔点、沸点高，那么外表张力往往就大。那么外表张力往往就大。2022-2-6192温度温度 大多数金属和合金，如大多数金属和合金，如 Al、 Mg、 Zn等，其外表张等，其外表张力随着温度的升高而降低。因温度升高而使液体质点间的力随着温度的升高而降低。因温度升高而使液体质点间的结合力减弱所至。但对于铸铁、碳钢、铜及其合金那么相结合力减弱所至。但对于铸铁、碳钢、铜及其合金那么相反，即温度升高外表张力反而添加。其缘由尚不清楚。反，即温度升高外表张力反而添加。其缘由尚不清楚。3溶质元素溶质元素 溶质元素对

15、液态金属外表张力的影响分二大类。使外溶质元素对液态金属外表张力的影响分二大类。使外表张力降低的溶质元素叫外表活性元素，如钢液和铸铁液表张力降低的溶质元素叫外表活性元素，如钢液和铸铁液中的中的S即为外表活性元素，也称正吸附元素。提高外表张即为外表活性元素，也称正吸附元素。提高外表张力的元素叫非外表活性元素，其外表的含量少于内部含量，力的元素叫非外表活性元素，其外表的含量少于内部含量，称负吸附元素。称负吸附元素。2022-2-620P P、S S、SiSi对铸铁对铸铁熔液外表张力的影熔液外表张力的影响响2022-2-621外表或界面张力在资料成形过程中的意义外表或界面张力在资料成形过程中的意义 由

16、于外表张力的作用，液体在细管中将产生以下图所示景象。2022-2-622 由于附加压力与管道半径成反比。当r很小时将产生很大的附加压力，这对液态成形(铸造)过程液态合金的充型性能和铸件外表质量产生很大影响。因此，浇注薄小铸件时必需提高浇注温度和压力，以抑制附加压力的妨碍。液态成形过程中所用的铸型或涂料资料与液态合金应是不润湿的，如采用SiO2、Cr2O3和石墨砂等资料，在这些细小砂粒之间的缝隙中，产生妨碍液态合金渗入的附加压力，从而使铸件外表得以光洁。 界面景象影响到液态成形的整个过程。晶体成核及生长、缩松、热裂、夹杂及气泡等铸造缺陷都与界面张力关系亲密。 在熔焊过程中，熔渣与合金液这两相的界

17、面作用对焊接质量产生重要影响。熔渣与合金液假设是润湿的，就不易将其从合金液中去除，导致焊缝处能够产生夹杂缺陷。 在近代新资料的研讨和开发中如复合资料，界面景象更是担当着重要的角色。2022-2-6233.1.4 3.1.4 液态金属的流动性与充型才干液态金属的流动性与充型才干根本概念根本概念流动性流动性液体金属本身的流动才干液体金属本身的流动才干充型才干充型才干 液态合金的流动性好，其充型才干强；反之其液态合金的流动性好，其充型才干强；反之其充型才干差。但这可经过外界条件来提高充型才充型才干差。但这可经过外界条件来提高充型才干。干。 液态金属的充型才干首先取决于液态金属本身液态金属的充型才干首

18、先取决于液态金属本身的流动才干，同时又与外界条件亲密相关，是各的流动才干，同时又与外界条件亲密相关，是各种要素的综合反响。种要素的综合反响。 液态合金的流动性可用实验的方法，即浇注螺液态合金的流动性可用实验的方法，即浇注螺旋流动性试样或真空流动性试样来衡量。旋流动性试样或真空流动性试样来衡量。 2022-2-624液态金属停顿流动的机理液态金属停顿流动的机理纯金属流动性试样的宏观组织是柱状晶，试样的末端有缩纯金属流动性试样的宏观组织是柱状晶，试样的末端有缩孔，这阐明液态金属停顿流动时，其末端仍坚持有热的金孔，这阐明液态金属停顿流动时，其末端仍坚持有热的金属液。停顿流动的缘由，是末端之前的某个部

19、位从型壁向属液。停顿流动的缘由，是末端之前的某个部位从型壁向中心生长的柱状晶相接触，金属的流动通道被堵塞。中心生长的柱状晶相接触，金属的流动通道被堵塞。2022-2-625 Al-5%Sn合金的结晶温度范围约为合金的结晶温度范围约为430，其流动性试，其流动性试样的宏观组织是等轴晶，离入口处越远，晶粒越细，试样样的宏观组织是等轴晶，离入口处越远，晶粒越细，试样前端向外突出。由此可以判别，液态金属的温度是沿程下前端向外突出。由此可以判别，液态金属的温度是沿程下降的，液流前端冷却最快，首先结晶，当晶体到达一定数降的，液流前端冷却最快，首先结晶，当晶体到达一定数量时，便结成一个延续的网络，发生堵塞，

20、停顿流动。量时，便结成一个延续的网络，发生堵塞，停顿流动。 合金的结晶温度范围越宽，枝晶就越兴隆，液流前端析合金的结晶温度范围越宽，枝晶就越兴隆，液流前端析出少量固相，即在较短的时间，液态金属便停顿流动。在出少量固相，即在较短的时间，液态金属便停顿流动。在液态金属的前端析出液态金属的前端析出15%20的固相量时，流动就停顿。的固相量时，流动就停顿。 2022-2-626充型才干的计算充型才干的计算以流动长度l = v t表示，经一系列凝固条件的简化流动速度不变等可得上式半定量地描画了液态金属的充型性能，可见它与液态金属和型腔的性质、浇注条件、型腔的构造外形等要素有关。2022-2-6273.2

21、 凝固热力学与动力学凝固热力学与动力学1) 凝固热力学凝固热力学 凝固热力学和动力学的主要义务是研讨液态金属(合金)由液态变成固态的热力学和动力学条件。凝固是体系自在能降低的自发过程，液固两相金属的自在能之差，就是促使这种转变的驱动力。但凝固过程中各种相的平衡产生了高能态的界面。这样，凝固过程中体系自在能一方面降低，另一方面又添加，而且妨碍凝固过程的进展。因此液态金属凝固时，必需抑制热力学能障和动力学能障凝固过程才干顺利完成。自在能随温度和压力的变化而变化，即:2022-2-628由此可见，液态金属要结晶，其结晶温度一定要低于实际结晶温度Tm，此时的固态金属的自在能低于液态金属的自在能，两相自

22、在能之差构成了金属结晶的驱动力。H为熔化潜热。因此， GV只与T有关。因此液态金属合金凝固的驱动力是由过冷度提供的，或者说过冷度T就是凝固的驱动力，不会在没有过冷度的情况下结晶。2022-2-629液态金属合金凝固过程及能量的变化液态金属合金凝固过程及能量的变化凝固阻力凝固阻力: 新界面的构成。新界面的构成。热力学能障界面自在能热力学能障界面自在能 由被迫处于高自在能过渡形状下的界面由被迫处于高自在能过渡形状下的界面原子所产生原子所产生形核。形核。动力学能障激活自在能动力学能障激活自在能 由金属原子穿越界面过程所引起原那由金属原子穿越界面过程所引起原那么上与驱动力大小无关而仅取决于界面构么上与

23、驱动力大小无关而仅取决于界面构造与性质造与性质晶体生长。晶体生长。在相变驱动力的驱使下，借助于起伏作用在相变驱动力的驱使下，借助于起伏作用成分、构造、能量来抑制能量妨碍。成分、构造、能量来抑制能量妨碍。2022-2-6302) 2) 均匀形核自发形核均匀形核自发形核液态金属(合金)凝固时的形核有两种方式，一种是依托液态金属(合金)内部本身的构造自发地形核构造起伏，称为均质形核；另一种是依托外来夹杂所提供的异质界面非自发地形核，称为异质形核，或非均质形核。 当r很小时，第二项起支配作用，体系自在能总的倾向是添加的，此时形核过程不能发生；只需当r增大到临界值r*后，第一项才干起主导作用，使体系自在

24、能降低，形核过程才干发生。 2022-2-631可见，当r0 ; GL=dT/dx0 ; 正的温度梯度情况下过冷度极小，晶体生长时凝固潜热的释放同晶体生长方向相反：一旦晶体某一部分生长伸入液相区就会被重新熔化，导致晶体以平面方式生长。2022-2-6432 2树枝晶方式生长树枝晶方式生长S/LS/L前沿为负的温度梯度：前沿为负的温度梯度：GL=dT/dx0GL=dT/dx0时，呈现“铁砧式的对称型金属-金属共晶共生区。可以看出，当晶体长大速度较小时(阴影区的上部)，此时为单向凝固的情况，可以获得平直界面的共晶组织。随着长大速度或过冷度的添加，共晶组织将变为胞状、树枝状，最后成为粒状(等轴晶)。

25、2022-2-682规那么共晶凝固规那么共晶凝固层片状共晶的生长层片状共晶的生长 层片状共晶组织是最常层片状共晶组织是最常见的一类规那么共晶组织，见的一类规那么共晶组织，组织中共晶两相呈片状交组织中共晶两相呈片状交替生长。根据形核实际，替生长。根据形核实际，在液相中析出呈球形的在液相中析出呈球形的领领先相并以此为共晶中心。先相并以此为共晶中心。相以相以相为衬底依靠其侧面相为衬底依靠其侧面析出长大。析出长大。 相析出又促进相析出又促进相依靠相依靠相侧面长大，如相侧面长大，如此交替搭桥式地长成如散此交替搭桥式地长成如散射状球形共晶。射状球形共晶。2022-2-683片状共晶组织的重要参数：片间距2

26、022-2-684非规那么共晶凝固非规那么共晶凝固以以Fe-C合金中共晶渗碳合金中共晶渗碳体的非规那么生长为例：体的非规那么生长为例： 先是共生生长，由于先是共生生长，由于两相生长速率不一，以离两相生长速率不一，以离异共晶生长方式进展。异共晶生长方式进展。 Fe-C合金按照冷却速度的合金按照冷却速度的不同，而分别遵照不同，而分别遵照Fe-Fe3C和和Fe-C(石墨石墨)的介稳的介稳定系和稳定系结晶。定系和稳定系结晶。快冷：快冷：(1)渗碳体奥氏体板状渗碳体奥氏体板状共晶共晶;(2)渗碳体树枝晶的侧向渗碳体树枝晶的侧向生长导致杆状共晶。生长导致杆状共晶。2022-2-685缓冷：灰铸铁中石墨长成

27、片状，与石墨的晶体构造有关。缓冷：灰铸铁中石墨长成片状，与石墨的晶体构造有关。 同样成分的同样成分的Fe-C合金，当冷却速度比较缓慢时，共晶转合金，当冷却速度比较缓慢时，共晶转变时构成石墨和奥氏体共晶团组织，片状石墨是相互衔接变时构成石墨和奥氏体共晶团组织，片状石墨是相互衔接的，奥氏体相充填其间。的，奥氏体相充填其间。2022-2-6863.6 金属基复合资料的凝固金属基复合资料的凝固3.7 铸件凝固组织的构成与控制铸件凝固组织的构成与控制 铸件的宏观结晶组织指的是铸态晶粒的形状、大小、取向和分布等情况；铸件微观构造的概念包括晶粒内部的构造形状，如树枝晶、胞状晶等亚构造形状，共晶团内部的两相构

28、造形状，以及这些构造形状的细化程度等。铸件的组织由合金成分和凝固条件决议。1) 铸件宏观凝固组织的特征及构成机理 决议铸件性能的重要要素是柱状晶区与等轴晶区的相对量。2022-2-687a.外表细晶粒区的构成外表细晶粒区的构成 铸型壁附近熔体遭到剧烈的激冷作用而大量形核，构铸型壁附近熔体遭到剧烈的激冷作用而大量形核，构成无方向性的外表细等轴晶组织，也叫成无方向性的外表细等轴晶组织，也叫“激冷晶。激冷晶。 细化程度取决于：细化程度取决于：型壁散热条件所决议的过冷度和凝固区域的宽度；型壁散热条件所决议的过冷度和凝固区域的宽度；型壁附近熔体内大量的非均匀形核；型壁附近熔体内大量的非均匀形核；各种方式

29、的晶粒游离。各种方式的晶粒游离。前提：抑制铸件构成稳定的凝固壳层前提：抑制铸件构成稳定的凝固壳层 凝固壳层凝固壳层界面处晶粒单向散热界面处晶粒单向散热晶粒逆热流方向择晶粒逆热流方向择优生长而构成柱状晶。优生长而构成柱状晶。 2022-2-688b.柱状晶区的构成柱状晶区的构成 该区从外表细晶粒区构成该区从外表细晶粒区构成并开展起来，稳定的凝固壳层并开展起来，稳定的凝固壳层一旦构成，处在凝固界面前沿一旦构成，处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热的晶粒在垂直于型壁的单向热流作用下，以枝晶状延伸长大。流作用下，以枝晶状延伸长大。 由于各枝晶主干方向各不由于各枝晶主干方向各不一样，那些主干与热流

30、方向相一样，那些主干与热流方向相平行的枝晶，较之取向不利的平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速，它相邻枝晶生长得更为迅速，它们优先向内伸展并抑制相邻枝们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰掉取向晶的生长。在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中开展成柱状不利的晶体过程中开展成柱状晶组织择优生长。晶组织择优生长。2022-2-689 控制柱状晶区继续开展的关键要素是内部等轴晶区的出现。假设界面前方一直不利于等轴晶的构成及生长，那么柱状晶区可以不断延伸到铸件中心，直到与对面型壁长出的柱状晶粒相遇为止，从而构成所谓的“穿晶组织。 对于纯金属，铸态组织经常全部为柱状晶。稳定凝固壳层产生稳定

31、凝固壳层产生柱状晶区开场柱状晶区开场内部等轴晶区构成内部等轴晶区构成柱状晶区终了柱状晶区终了2022-2-690c. 内部等轴晶区的构成内部等轴晶区的构成 等轴晶区的构成是熔体内部晶核自在生长的等轴晶区的构成是熔体内部晶核自在生长的结果。结果。 形核是发生柱状晶向等轴晶转变的必要条件。形核是发生柱状晶向等轴晶转变的必要条件。 最早，最早，Winegard和和Chalmers以成分过冷实以成分过冷实际为根底，提出了柱状晶前沿液相成分过冷区际为根底，提出了柱状晶前沿液相成分过冷区内非自发形核的实际。内非自发形核的实际。 随后，随后，Calmers接受了接受了Genders早期的思想，早期的思想，提

32、出激冷区内构成的晶核卷人并增殖的实际。提出激冷区内构成的晶核卷人并增殖的实际。 此外，此外，Jackson等提出枝晶熔断实际，等提出枝晶熔断实际，Southin提出提出“晶雨实际。晶雨实际。 Ohno等那么以为凝固壳构成之前型壁上晶体等那么以为凝固壳构成之前型壁上晶体的游离并增殖是中心等轴晶核的主要来源。浇的游离并增殖是中心等轴晶核的主要来源。浇注期间和凝固初期的激冷晶游离随着液流漂移注期间和凝固初期的激冷晶游离随着液流漂移到铸件心部，经过增殖，长大构成内部等轴晶。到铸件心部，经过增殖，长大构成内部等轴晶。2022-2-691“缩颈景象：缩颈景象： 溶质浓度再分配溶质浓度再分配界面前沿液态金界

33、面前沿液态金属凝固点降低属凝固点降低实践过冷度减小。实践过冷度减小。 溶质偏析程度越大，实践过冷度就溶质偏析程度越大，实践过冷度就越小，其生长速度就越缓慢。越小，其生长速度就越缓慢。 晶体根部紧靠型壁，溶质在液体中晶体根部紧靠型壁，溶质在液体中分散均化的条件最差，偏析程度最为严分散均化的条件最差，偏析程度最为严重，生长遭到剧烈抑制。重，生长遭到剧烈抑制。远离根部，界面前方的溶质易于经过分远离根部，界面前方的溶质易于经过分散和对流而均匀化，面临较大的过冷，散和对流而均匀化，面临较大的过冷，其生长速度要快得多。故在晶体生长过其生长速度要快得多。故在晶体生长过程中将产生根部程中将产生根部“缩颈景象，

34、生成头缩颈景象，生成头大根小的晶粒。大根小的晶粒。 熔点最低而又最脆弱的缩颈极易断熔点最低而又最脆弱的缩颈极易断开，晶粒自型壁零落而导致晶粒游离开，晶粒自型壁零落而导致晶粒游离 。2022-2-692铸件中三晶区的构成相互联络、彼此制约。铸件中三晶区的构成相互联络、彼此制约。 稳定凝固壳层的产生决议着外表细晶粒区向稳定凝固壳层的产生决议着外表细晶粒区向柱状晶区的过渡，而阻止柱状晶区进一步开展的柱状晶区的过渡，而阻止柱状晶区进一步开展的关键那么是中心等轴晶区的构成。关键那么是中心等轴晶区的构成。 晶区的构成和转变是过冷熔体独立形核才干晶区的构成和转变是过冷熔体独立形核才干和各种方式晶粒游离、漂移

35、与沉浮的程度这两个和各种方式晶粒游离、漂移与沉浮的程度这两个根本条件综协作用的结果。决议了铸件中各晶区根本条件综协作用的结果。决议了铸件中各晶区的相对大小和晶粒的粗细。的相对大小和晶粒的粗细。2022-2-6932) 2) 铸件宏观凝固组织的控制铸件宏观凝固组织的控制a.a.铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响铸件结晶组织对铸件质量和性能的影响 外表细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。外表细晶粒区薄，对铸件的质量和性能影响不大。铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比铸件的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。例以及晶粒的大小。 1 1柱状晶：柱状晶： 生长过程

36、中凝固区域窄，横向生长遭到相邻晶体生长过程中凝固区域窄，横向生长遭到相邻晶体的妨碍，枝晶不能充分开展，分枝少，结晶后显微缩松的妨碍，枝晶不能充分开展，分枝少，结晶后显微缩松等晶间杂质少，组织致密。等晶间杂质少，组织致密。 但柱状晶比较粗大，晶界面积小，陈列位向一致，但柱状晶比较粗大，晶界面积小，陈列位向一致，其性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。凝固界面其性能具有明显的方向性：纵向好、横向差。凝固界面前方常聚集有较多的第二相杂质、气体前方常聚集有较多的第二相杂质、气体 ，将导致铸件热，将导致铸件热裂。裂。2022-2-6942等轴晶：等轴晶： 晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，且各晶晶界面积大，杂质和缺陷分布比较分散，且各晶粒之间位向也各不一样，故性能均匀而稳定，没有方粒之间位向也各不一样，故性能均匀而稳定，没有方向性；枝晶比较兴隆，显微缩松较多，凝固后组织不向性；枝晶比较兴隆，显微缩松较多，凝固后组织不够致密。够致密。 细化能使杂质和缺陷分布更