钢浇注凝固理论

1、关于钢的浇注凝固理论第一张，PPT共三十二页，创作于2022年6月一、凝固1.凝固(Solidification) 从液态到固态；金属原子从无序到有序状态的转变，也是在液态中无规则的原子集团转变成按一定规则排列的固态结晶体。短程有序长程有序第二张，PPT共三十二页，创作于2022年6月凝固现象形核长大凝固过程示意图第三张，PPT共三十二页，创作于2022年6月2. 对凝固的要求正确的凝固结构；合金元素分布均匀；最大限度的除去气体和夹杂；钢锭内部和表面质量良好；钢水收得率高。第四张，PPT共三十二页，创作于2022年6月二、凝固的热力学条件1.温度对凝固的影响T0TnTG固G液温度T自由能GG(

2、1)平衡熔点T0第五张，PPT共三十二页，创作于2022年6月在平衡熔点处： 钢凝固反应：Fe液Fe固 GfG固G液 HT S HT H/T0 令HLf Lf(T0T)/T0 Lf T/T0只有T0， Gf才小于零，凝固才自发进行。(2)过冷度T第六张，PPT共三十二页，创作于2022年6月凝固时的冷却曲线时间温度时间温度T0TT0Ta. 纯金属b. 合金第七张，PPT共三十二页，创作于2022年6月2.晶粒度对熔点的影响：晶粒越小，它的蒸气压越大，熔点也越低第八张，PPT共三十二页，创作于2022年6月3.形核：两类均匀形核：晶核在母相中不依附任何外来物而形成;非均匀形核：核心依附于液体内存

3、在的杂质或容器表面形成。(1) 均匀形核a.形核时能量变化体积自由焓变： Gv表面自由焓变： GF第九张，PPT共三十二页，创作于2022年6月体积自由焓变： Gv Gv4/3r3(GS-GL)表面自由焓变： GF GF4r2形核总自由焓变： G G 4/3r3(GS-GL) 4r2 4/3r3Lf T/T0 4r2第十张，PPT共三十二页，创作于2022年6月b.临界形核半径：r *G 4/3r3Lf T/T0 4r2第十一张，PPT共三十二页，创作于2022年6月结构起伏；能量起伏；成分起伏。形核功： G*可以看出G*0c.晶核的来源：第十二张，PPT共三十二页，创作于2022年6月d.形

4、核速率和过冷度的关系临界过冷度 T*： 只有过冷度大于一定值时，才可能形核，这个过冷度称为形核临界过冷度 T*。第十三张，PPT共三十二页，创作于2022年6月临界过冷度T*第十四张，PPT共三十二页，创作于2022年6月(2) 非均匀形核对形核杂质的要求： 结构相似， 大小相当。第十五张，PPT共三十二页，创作于2022年6月第十六张，PPT共三十二页，创作于2022年6月三. 凝固组织1. 凝固组织分类宏观凝固组织：柱状晶、等轴晶微观凝固组织：胞状、树枝状等第十七张，PPT共三十二页，创作于2022年6月凝固组织与温度梯度dT/dX和结晶速度R的关系2. 凝固组织的形成大部分钢坯的微观凝固

5、组织是树枝状的。第十八张，PPT共三十二页，创作于2022年6月3. 凝固组织与钢的质量二次晶间距：表示树枝状组织的疏密程度； 其大小是改善微观偏析程度的标志，越小，有利于各项性能的提高。第十九张，PPT共三十二页，创作于2022年6月四、偏 析 偏析合金凝固时，随着组织的形成、由于溶质的再分配将引起溶质元素与杂质元素的不均匀分布。偏析，指这种化学成分分布的不均匀性；1.偏析分类：根据偏析产生的范围，可分为宏观偏析和显微偏析；(1)宏观偏析(区域偏析)： 分为正偏析、反偏析和比重偏析等。第二十张，PPT共三十二页，创作于2022年6月K0的定义： 在一定温度下,溶质在固液两相中的平衡浓度比值称

6、为平衡分配系数： K0Cs/Cl第二十一张，PPT共三十二页，创作于2022年6月正偏析(正常偏析) 在K01的合金系，上述情况相反;这是一种正常的凝固现象，故称正常偏析；偏析程度： 凝固速度：越小，正偏析越明显； 液体对流：越大，正偏析增强； 溶质扩散。第二十二张，PPT共三十二页，创作于2022年6月 反(负)偏析 在K01的合金铸件中，其外层溶质元素含量高于内部即与正常偏析相反，故称反偏析； 比重偏析 由合金凝固时形成的初晶相与溶液之间比重的显著差别所引起的一种偏析； 防止：增大冷速。第二十三张，PPT共三十二页，创作于2022年6月(2) 显微偏析 可分为枝晶偏析、胞状偏析和晶界偏析枝

7、晶偏析(晶内偏析):当合金以树枝状方式凝固时，溶质在枝晶干的中心和外部浓度不同； 胞状偏析：当合金以胞状方式生长时，溶质在胞壁处与内部浓度不同。第二十四张，PPT共三十二页，创作于2022年6月胞状偏析时溶质在胞内与边界分布示意图第二十五张，PPT共三十二页，创作于2022年6月晶界偏析：溶质或杂质在晶界处的富集或贫化；晶界偏析的形成第二十六张，PPT共三十二页，创作于2022年6月2、偏析的形成：钢液中碳、硫、磷的浓度越高，偏析越严重；凝固开始与终了的温度区间越大，偏析越严重；钢中偏析度最大的元素是硫，其次是磷和碳； 硅和锰与铁形成固溶体，偏析不严重；铸锭重量增大，使钢锭的物理化学不均匀性加剧。第二十七张，PPT共三十二页，创作于2022年6月偏析带的形成机理：外壳和钢的平均成分相同钢锭心部形成正偏析纵截面上V形偏析带和形偏析带钢锭下部有负偏析锥保温帽下方正偏析区。第二十八张，PPT共三十二页，创作于2022年6月3、减轻宏观偏析的措施(1) 提高冷却速度(2) 选择合适的锭型与锭的尺寸(3) 调整合金元素的种类与数量(4) 添加抗生剂(5) 完善浇注工艺。第二十九张，PPT共三十二页，创作于2022年6月4、减轻显微偏析的措施(1)提高冷却速度(2)采用合理锭型，掌握正确的浇注工艺(3)降低有害元素、气体及夹杂的含量(4)采用扩散退火或均匀化退火。第三十张，PPT共