第七章 铸件宏观组织

1、1第七章 铸件宏观组织的控制机理及方法21.表面激冷细晶表面激冷细晶区，晶粒细小均区，晶粒细小均匀匀2.柱状晶区，晶柱状晶区，晶粒垂直于型壁排粒垂直于型壁排列，平行于热流列，平行于热流方向方向.u内部等轴晶区，内部等轴晶区，晶粒较为粗大晶粒较为粗大;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3几种不同类型的铸件宏观组织示意图几种不同类型的铸件宏观组织示意图（a）只有柱状晶）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有）三个晶区都有;（d）只有等轴晶）只有等轴晶 4u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

2、诸如磁性材料、发动机和螺旋浆叶片等这些强调单方材料、发动机和螺旋浆叶片等这些强调单方向性能的情况，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十分重要。因此有必要学习各晶区组织的形十分重要。因此有必要学习各晶区组织的形成机理。成机理。56 一旦型壁附近的晶粒互相连结而一旦型壁附近的晶粒互相连结而构成构成稳定的凝固壳层稳定的凝固壳层，凝固将转为，凝固将转为柱状晶区由外向内的生长，表面激柱状晶区由外向内的生长，表面激冷细晶粒区将不再发展。因此稳定冷细晶粒区将不再发

3、展。因此稳定的凝固壳层形成得越早，表面细晶的凝固壳层形成得越早，表面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，表面激冷区也就越窄。表面激冷区也就越窄。78910等轴晶等轴晶不锈钢筛网不锈钢筛网等轴晶等轴晶1112图5-5 型壁处形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? 13图5-6 晶体与型壁交会处产生“脖颈”促使晶体发生脱落而游离 14图5-7 游离晶体的生长、局部熔化与增殖15161718展，从而

4、扩大等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。展，从而扩大等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。192021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，导致浇不足和冷隔等缺陷的产生。浇不足和冷隔等缺陷的产生。 通过改变浇注方式强化对流对型壁激通过改变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作用，能有效地促进细等轴晶的形成。但必须注意不要因此而轴晶的形成。但必须注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

5、入而导致铸件产生相应的缺陷。件产生相应的缺陷。 22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 23对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力的铸型。对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力的铸型。 对厚壁铸件，一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶对厚壁铸件，一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶的形成，再辅以其他晶粒细化措施以得到满意的效果。的形成，再辅以其他晶粒细化措施以得到满意的效果。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。 24悬浮浇注法是在

6、浇注悬浮浇注法是在浇注过程过程中中将一定量的将一定量的固态金属颗粒加固态金属颗粒加入到金属液中入到金属液中，从，从而改变金属液凝固过而改变金属液凝固过程，达到细化组织、程，达到细化组织、减小偏析、减小铸造减小偏析、减小铸造应力的目的的一种工应力的目的的一种工艺方法。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2526u通过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶通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

7、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孕育剂能与液相中某些元素反应反应生成较生成较稳定的稳定的化合物化合物而产生非自发生核而产生非自发生核在液相中造成很大的在液相中造成很大的微区富集微区富集而迫使结而迫使结晶相提前弥散析出而生核晶相提前弥散析出而生核 27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 28u孕育衰退孕育衰退: 几乎所有的孕育剂都有在孕育处理后一几乎所有的孕育剂都有在孕育处理后一段时间出现孕育衰退现象段时间出现孕育衰退现象. u影响孕育效果的因素影响孕育效果的因素: 孕育剂的种类孕育剂的种类(成分成分)和孕育和孕育 处理工艺

8、。处理工艺。1)处理温度处理温度: 一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。2)时间时间:尽可能缩短孕育处理与浇注之间的时间尽可能缩短孕育处理与浇注之间的时间(瞬时孕育瞬时孕育);3)孕育剂粒度要根据处理温度、合金液量和处理方法来选择。孕育剂粒度要根据处理温度、合金液量和处理方法来选择。 2930立式离心铸造机3132 采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可造成液相相对固相的采用机械搅拌、电磁搅拌或气泡搅拌均可造成液相相对固相的运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，达到细化晶粒的目的。运动，引起枝晶的折断、破碎与增殖，达到细化晶粒的目的。 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。33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。因为它