金属工艺学二

二晶核的长大1液固界面类型光滑界面粗糙界面┗为原子尺度当显微观察时，恰好相反小平面界面非小平面界面光滑界面:液固界面截然分开粗糙界面:液固界面犬牙交错——金属多为粗糙界面2晶核长大的机制

光滑界面有两种机制：(1)二维晶核长大机制——速度很慢(2)晶体缺陷长大机制——结构上存在台阶时如螺型位错——速度较(1)快

粗糙界面主要有一种机制：(3)垂直长大机制（连续长大）界面上所有位置均为生长点：——垂直界面连续长大；——长大速度远较(1)(2)快；——金属晶体长大的主方式3晶体的生长形态（1）液固界面前沿温度分布

正温度梯度温度分布:液相温度随至界面距离增加而提高。——靠近模壁处负温度梯度温度分布:液相温度随至界面距离增加而降低。（2）晶体的生长形态(一)正温度梯度下光滑界面:易于形成具有规则形状的晶体。(100)密排面(简单立方中)，长大速度慢(101)非密排面，长大速度快最终外表面为密排面

粗糙界面:

“平面长大”方式——平面晶(二)负温度梯度下

“枝晶生长”方式——树枝晶——常见——会解释树枝晶形成1粗糙界面2光滑界面多为小平面树枝状晶体有时为规则外形晶体三、晶粒大小及控制1晶粒大小对材料性能的影响

常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。——但高温下晶界为弱区，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性。此时须采用适当粗晶粒度。2铸铸造中晶晶粒大小小的控制制形核率越越大，长长大速度度越小，，则单位位体积中中的晶粒粒数目越越多，晶晶粒越细细小。单位体积积中的晶晶粒数目目为：ZV=0.9（N/G）3/4细化晶粒粒：提提高形形核率N，降低晶核核长大速速度G工业上常常用的方方法：（1）增加过冷冷度过冷度增大，，N、G均增增大，但N提提高的幅度远远高于G——增加过冷冷度——加大冷冷却速度（2）变质处理添加固相微粒粒或表面———非均匀形核核变质处理定义：在浇注前往往液体中加入入变质剂(孕孕育剂)，促促进形成大量量的非均匀晶晶核，该工艺艺称为~。孕育剂选择原原则：Ⅰ点阵匹配：即结构相似、尺尺寸相当。Ⅱ孕育剂熔熔点远高于金金属本身如γ-Fe为fcc结结构a≈0.3652nmCu也为fcc结结构a≈0.3688nm在液体Cu中中加入少量Fe，可促进进形核。又如Zr能促进Mg的非非均匀形核Ti能促进进Al的的非均匀形核核。（3）振动、搅动：机械方法、电电磁波搅拌、、超声波搅搅拌等。§2金属属铸锭的组织织与缺陷1、铸锭三晶晶区1表层细晶区区2中间柱状晶晶区3中心等轴晶晶区铸锭结构图（一）表层细细晶区形成原因：（1）过冷度度ΔT大。（2）模壁作作为非均匀形形核的位置。。特点：——晶粒细小小，组织致密密，机械性性能好，——薄，无实实用意义（二）柱状晶晶区形成原因：(1)细晶晶区形成后，，模壁温度升升高，结晶前前沿过冷度ΔT较低，不易形形成新的晶核核；(2)细晶晶区中某些取取向有利的晶晶粒可以显著著长大；(3)晶体沿沿垂直于模壁壁(散热最最快)相反方方向择优生长长成柱状晶。。特点：组织粗粗大而致密；；为“铸造织构”铸造织构：铸造过程中中形成的一种种晶体学位向向一致的铸态态组织称为～～。——又称“结晶织构”注意：晶粒外外形(外貌)与晶粒取向向的差别另有：形变织织构细晶区中：晶粒的<001>无序取向柱状晶区中：晶粒的<001>一致取向最大散热方向（三）中心等等轴粗晶区形成原因：（1）液体温温度全部降到到结晶温度以以下，可同时时形核。（2）未熔杂杂质、冲断的的枝晶分枝可可作为非均匀匀形核的核心心。（3）散热失失去了方向性性，各方向长长大速度相差差不大。——长成等轴轴晶。由于过冷度ΔT不大，晶粒粒较粗大。等轴晶柱状晶优点：无方向性，无明显弱面，热加工性能好。缺点：显微缩孔多，致密性差。优点：结构致密缺点：1、由于结晶位向一致，性能有方向性，热加工性能差2、两个不同方向柱状晶的结合处杂质多、强度低，称为弱面，热轧时易破断。等轴晶和柱状状晶体性能比比较2铸锭组组织的控制一般有三个晶晶区，凝固条条件复杂，在在某些情况下下只有柱状晶晶区，而有的的只有等轴晶晶区。塑性好金属铝铝、铜等———发展柱状晶晶塑性相对较低低的金属、钢钢等——发展展等轴晶（一）促进柱柱状晶生长的的方法：总体：(1)加大大液相沿垂直直铸锭模壁方方向的散热能能力——促进散热热的方向性(2)降低低液相内部非非均匀形核的的可能性具体：(1)提高高铸锭模的冷冷却能力。如：金属模代替砂砂型模；增加金属铸模模的厚度等注意：此方法仅适适于尺寸较大大的铸件，但但不适于尺寸寸较小的铸件件原因：若铸模冷却却能力很大，，反而促进等等轴晶的发展展（增加形核核率）。例：连铸小截截面钢坯时，，采用水冷结结晶器，连连铸锭全部获获得细小的等等轴晶粒。（2）提高铸铸模中心区温温度，增大温温度梯度。具体：提高浇注温温度与浇注速速度。（3）提高熔熔化温度，减减少非均匀形形核数目。熔化温度越高高，液态金属属过热度越大大，非金属夹夹杂物溶解越越多，从而减减少了柱状晶晶前沿液体中中形核的可能能性，有利于于柱状晶区的的发展。例如：1、磁性铁合合金<001>方向导磁磁率最大，柱柱状晶的一次次轴正好也是是这个方向。。——发展柱状状晶，获得最最好的磁学性性能。2、燃气轮机机叶片，其负负荷具有方向向性，要求在在叶片轴线方方向有较高的的强度。——使柱状晶晶的长度方向向和叶片轴线线方向平行。。（二）控制铸铸锭组织在实实际生产中的的应用柱状晶制备燃气轮机叶片片定向凝固生生产技术与装装置叶片感应加热炉单晶制备方法法（三）、发展展等轴晶，限限制柱状晶的的方法降低浇注温度度和浇注速度度，减小液体体过热度，在在液体中保留留较多非均匀匀形核核心；；小铸件：可用用↑过冷度的的方法↑形核核率；大铸件：变质质处理；3、金属铸锭锭组织缺陷———自学缩孔气气孔孔夹夹杂物物小结:具有临界晶核核尺寸的晶胚胚驱动力GS-GL阻力σ·S能量起伏与结构起伏类似，是一种自然存在，瞬时出现，大小不等形核功具有临界晶核尺寸的晶胚(液相)转变为晶核(固相)时须外界提供的阻力，一.缩孔与与缩松的形成成机理液态合金在冷冷凝过程中，，若其液态收收缩和凝固收收缩所缩减的的容积得不到到补充，则在在铸件最后凝凝固的部位形形成一些孔洞洞。大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。1)缩孔和缩缩松的形成电子显微镜下下看到的非非金属夹杂物物颗粒举例(形状不确定定)9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:54:0521:54:0521:5412/29/20229:54:05PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2221:54:0521:54Dec-2229-Dec-2212、故人人江海海别，，几度度隔山山川。。。21:54:0521:54:0521:54Thursday,December29,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2221:54:0521:54:05December29,202214、他乡生生白发，，旧国见见青山。。。29十十二月20229:54:05下午午21:54:0512月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月229:54下下午12月-2221:54December29,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2921:54:0521:54:0529December202217、做做前前，，能能够够环环视视四四周周；；做做时时，，你你只只能能或或者者最最好好沿沿着着以以脚脚为为起起点点的的射射线线向向前前。。。。9:54:05下下午午9:54下下午午21:54:0512月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有结果果，但是是不努力力却什么么改变也也没有。。。21:54:0521:54:0521:5412/29/20229:54:05PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2221:54:0521:54Dec-2229-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。21:54:0521:54:0521:54Thursday,December29,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2221:54:0521:54:05December29,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。29十二月月20229:54:05下午21:54:0512月-2215、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。十二月229:54下午午12月-2221:54December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/2921:54:0521:54:0529December202217、空山山新雨雨后，，天气气晚来来秋。。。9:54:05下下午9:54下下午午21:54:0512月月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅阅读读一一切切好好书书如如同同和和过过去去最最杰杰出出的的人人谈谈话话。。21:54:0521:54:0521:5412/29/20229:54:05PM11、越是没有本本领的就越加加自命不凡。。12月-2221:54:0521:54Dec-2229-Dec-2212、越是是无能能的人人，越越喜欢欢挑剔剔别人人的错错儿。。21:54:0521:54:0521:54Thursday,December29,202213、知知人人者者智智，，