金属遗传学课件

1、铸造金属遗传学山东大学山东大学 边秀房边秀房一、一、 铸造过程中遗传现象的基本概念铸造过程中遗传现象的基本概念n70年代，法国冶金学家年代，法国冶金学家Margerie指出：将铸件的某些指出：将铸件的某些性能与加入熔炉内的原材料联系起来，这就是所谓的性能与加入熔炉内的原材料联系起来，这就是所谓的”遗传效应遗传效应”，并发现铸铁铸造生产中的某些缺陷，如，并发现铸铁铸造生产中的某些缺陷，如白口、热裂与收缩倾向、气孔等都具有遗传性。白口、热裂与收缩倾向、气孔等都具有遗传性。1 12 2 共晶铸铁的液体结构对固体组织的遗传作用共晶铸铁的液体结构对固体组织的遗传作用n 近半个世纪以来，冶金工作者注意到只

2、有将铸铁过热近半个世纪以来，冶金工作者注意到只有将铸铁过热到到 一定温度才能保证铸件的质量，但对具体的过热温一定温度才能保证铸件的质量，但对具体的过热温度及其对铸件内在质量的影响机制一直是一个学术争度及其对铸件内在质量的影响机制一直是一个学术争论焦点。论焦点。 E. E.T系统研究了共晶成分铸铁的液体结构、系统研究了共晶成分铸铁的液体结构、物理性质及其与固体组织、实用性能之间的联系，揭物理性质及其与固体组织、实用性能之间的联系，揭示了铸铁遗传性的本质。示了铸铁遗传性的本质。n在在t1温度以下，铸铁熔体由微观多相结构组成。在温度以下，铸铁熔体由微观多相结构组成。在t1到到t2温度范围内，熔体的表

3、面张力随温度的提高而温度范围内，熔体的表面张力随温度的提高而增大，说明在该阶段熔体微观不均匀性结构的存在增大，说明在该阶段熔体微观不均匀性结构的存在和均匀性程度的不断提高。在和均匀性程度的不断提高。在t2 温度，熔体结构发温度，熔体结构发生明显变化，这与熔体碳化物的破坏有密切关系。生明显变化，这与熔体碳化物的破坏有密切关系。这种熔体的结构、表面张力随热历史的变化可简要这种熔体的结构、表面张力随热历史的变化可简要的用图的用图1.3表示。表示。n 图图1.4为铸铁熔体加热温度与石墨形态的关系。结为铸铁熔体加热温度与石墨形态的关系。结合图合图1.4和图和图1.3可以看出：温度超过可以看出：温度超过t

4、2时，铸铁熔体时，铸铁熔体具有较强的脱碳作用，这就是熔炼温度与石墨形态具有较强的脱碳作用，这就是熔炼温度与石墨形态的关系以及铸铁遗传性的实质。的关系以及铸铁遗传性的实质。13 铝基合金的液体结构对固体组织的遗传作用铝基合金的液体结构对固体组织的遗传作用图1.5给出了A1Si、A1一Ce、A1Mn、A1Sn合金二元状态图上胶状粒子的亚稳定温度范围。研究发现，当合金加热到图中虚线温度以上时，在相同的凝固条件下，固体组织发生明显变化。l.4 PbSb合金液相转变对固体组织的遗传作用合金液相转变对固体组织的遗传作用15 SnPb合金熔体中的微观不均匀现象合金熔体中的微观不均匀现象二、金属遗传性的物理化

5、学基础n金属的遗传性是铸造过程中普遍存在的客观规律。在从金属炉料到铸件或铸锭产品的整个铸造加工过程中，根据人们对金属组织遗传性问题的综合研究结果，可把铸造过程中的遗传性通过这样一条相互联系的链来表示，如图21所示。 金属的遗传性是一个有机的整体，通常可以化分为三个阶段：遗传信息的储存，遗传信息的传递和遗传信息的表现。2 21 1 元素的性质和浓度对合金性能的元素的性质和浓度对合金性能的遗传影响遗传影响2 22 2 一些元素的浓度对合全性能的一些元素的浓度对合全性能的遗传影响遗传影响2 23 3 遗传性的热力学分析遗传性的热力学分析2. 4 金属遗传机制研究三、炉料组织遗传的工艺条件主要影响条件

6、n3.1 3.1 炉料储存时间炉料储存时间3.2 3.2 熔化速度熔化速度n3.3 3.3 熔体保温温度及时间熔体保温温度及时间3.4 3.4 浇注和结晶条件浇注和结晶条件3.5 3.5 炉料加入顺序炉料加入顺序四、四、 AlTiBAlTiB中间合金的遗传性中间合金的遗传性 中间合金是种用于微细化铝及其合金组织、改善其加工工艺性能，提高铝制品质量的持殊炉料；出于A1TiB中间合金组织形态不同，在加入Ti、B量相同的情况下，对铝及其合金的组织结构产生明显的遗传效应；另外，该中间合金在制备过程中，组织形成也与金属的遗传性有关。4.1 4.1 熔炼条件对熔炼条件对4.2 4.2 原料与原料与AlTi

7、B AlTiB 中间合金组织间遗传规律的研究中间合金组织间遗传规律的研究4.3 AlTiB4.3 AlTiB中间合金组织的遗传与变异及变形处理中间合金组织的遗传与变异及变形处理 4.3 AlTiB4.3 AlTiB中间合金组织的遗传与变异及变形处理中间合金组织的遗传与变异及变形处理 4.4 AlTiB4.4 AlTiB中间合金细化效果的组织遗传效应中间合金细化效果的组织遗传效应 TiAl3化合物是A1Ti中间合金中的主要形核相，也是A1TiB中间合金中的重要形核相。因此，A1Ti(B)中间合金中的TiAl3化合物形态和分布将对铝合金的组织产生强烈的遗传效应。为便于分析，首先从简单的A1Ti中间

8、合金开始分析。五、铝合金变质过程的组织遗传效应五、铝合金变质过程的组织遗传效应A1TiB中间合金作为铝及其合金用晶粒细化剂，中间合金作为铝及其合金用晶粒细化剂，主要起细化作用的是该合金中主要起细化作用的是该合金中TiB2、TiAl3、A1B2等晶体颗粒。细化作用的实质是影响金等晶体颗粒。细化作用的实质是影响金属的形核过程。它们在中间合金中所处的形属的形核过程。它们在中间合金中所处的形态、大小、分布及其能量和表面状态对所处态、大小、分布及其能量和表面状态对所处理的合金有直接的遗传效应。理的合金有直接的遗传效应。5.1 A1Sr5.1 A1Sr中间合金变形组织的遗传效应中间合金变形组织的遗传效应

9、图图5.1(a)5.1(a)为为Al5Al5SrSr中间合金锭料中间合金锭料SFMSFM照照片，图中所示的板片状化合物是片，图中所示的板片状化合物是A14SrA14Sr相，相，基体上细小的条状簇为共晶相基体上细小的条状簇为共晶相(A1+A14Sr)(A1+A14Sr)。图图5.1(b)5.1(b)是这种合金经锻压变形处理后的是这种合金经锻压变形处理后的SEMSEM照片。经变形处理后，板条状照片。经变形处理后，板条状A14SrA14Sr相被打碎成块状或粒状，且分布比较均匀。相被打碎成块状或粒状，且分布比较均匀。5 52 A1Sr2 A1Sr中间合金激冷组织的遗传效应中间合金激冷组织的遗传效应六、

10、铸造缺陷的遗传性六、铸造缺陷的遗传性6.1 6.1 铝硅合金中气孔的遗传性铝硅合金中气孔的遗传性6 62 2 铸铁缩松的遗传性铸铁缩松的遗传性七、液态金属的热速处理理论及其应用七、液态金属的热速处理理论及其应用 所谓液态金属的热速处理(在俄文文献中称TCO或TBO)，就是在金属或合金熔炼时，把液体过热到液相线以上一定温度(通常是液相线以上250一350)，然后再迅速冷却到浇注温度进行浇注的铸造工艺。其目的是为了充分发挥材料的潜力，提高金属或合金产品的性能，显著改善铸锭和铸件的质量。 1. 金属或合金由固态向液态的转变，不会引起近程有序结构的重新组合。 2液态金属的结构是微观不均匀的，它是由成分

11、和结构不同的游动的原子集团与它们之间的各种组元原子呈紊乱分布的无序带所组成。在集团内部，原子的排列和组合与原有的固体相似。3在液态金属及其合金中，如同固体中相类似，存在着同素异构的结构转变。4. 尽管金属熔体中的许多动力学过程和扩散过程有较大的进行速度，但在它们中发生的结构转变速度与其相比是相当低的。5在固(原始炉料)一液(熔体)一固(固体金属)之间存在着不可忽视的遗传联系。6在制订金属和合金的熔炼工艺时，确定过程进行的最合适的温度具有重要意义。7 72 2 液体金属热速处理的工艺条件液体金属热速处理的工艺条件7.4 7.4 热速处理工艺在其它合金材料中的应用热速处理工艺在其它合金材料中的应用7.4.1 7.4.1 铸铁材料铸铁材料 7.4.2 7.4.2 镍基耐热合金镍基耐热合金对镍基耐热合金熔体结构和物性的实验研究，对镍基耐热合金熔体结构和物性的实验研究，也证实了凝固前熔体中存在着不平衡性，镍基也证实了凝固前熔体中存在着不平衡性，镍基合金的电阻率和表面张力与温度的关系曲线有合金的电阻率和表面张力与温度