第七章单相固溶体合金及铸锭的凝固.ppt

枝晶越发达，疏松越严重。 液固相比容差越大，疏松越严重。 真空熔炼，可使疏松减轻。 措施及影响因素： 1.单相柱晶、片层状及杆状共晶的纵向和横向性能差别 很大，沿纵向具有较为优良的力学性能。 2.在特殊的冷却装置上是逐渐全部由向单一方向延伸的 柱晶、片层状或杆状共晶所组成，使其延伸方向与铸 件工作应力最大的方向一致，可使这些铸件具有良好 的使用性. 四、控制铸造金属组织的特殊措施 （一)定向凝固 当纯金属液体以1010K／S以上、合金液体以105~ 106K／S以上的冷却速度冷到室温时,将不发生结晶,液 体凝固后保持其原来的结构，这种状态叫做非晶态或玻 璃态。 非晶态金属具有较高的强度和一定的韧性,它的电阻 率高，声波衰减率低，耐蚀性高。 共晶成分的合金可用较低的冷却速度获得非晶态。 （二）制备非晶态合金 （三）制取微枝晶合金 枝晶间距越小，可使微缩孔细化，偏析成都减小，从而 提高铸件的力学性能，枝却微枝晶的基本措施：激冷， 且凝固速度越快，枝晶间距越小。 1.成份过冷的产生 ①设K0＞1的A-B二元相图 ,液相完全无混合凝固， 合金成分为C0,进行定向 凝固如图（a）; ②液相中实际的温度分布 图（b）为dT/dx0,只 受壁模和已凝固的固相 单向散热所控制; （b） 实际 散热方向 液相实际温度分布曲线 习题 ③凝固过程中的溶质分布如图 (c),由(a)图可知,Ti温度时液相 成分为CL,其含B%量低于合金 成分C0,由于液相完全无混合凝 固,造成边界层溶质聚集,边界层 液相成分由CL逐渐变为C0，如 图(c)所示。 ④比较(a)和(c)可知,CL成分对应, 凝固温度为Ti ,液相含溶质量越 高,凝固温度越高,边界层液相的 凝固温度由Ti逐渐升高到T0,因 而前沿液相中的理论结晶温度 分布曲线如图（d）所示 ； 前沿液相溶质分布曲线 前沿液相溶质 凝固温度曲线 * 合金凝固时溶质原子要发生重新分布，这将对晶体的生长形态产生影响，并形成宏观和微观偏析。 §7.1固溶体合金凝固时溶质的分布 图7-1不同KO的相图 一.平衡分配系数 平衡分配系数：平衡凝固时（假设）界面处固相含溶质量与液相含溶质量的比值。即K0＝ （液相线与固相线近似为直线时K0为常数） KO＜1 KO＞1 二.正常凝固时液－固相线中溶液的分布 研究水平园棒的定向凝固，对于KO1的相图， 成分为C0 ,假设固相中无扩散，液相中可通过 扩散、对流和搅拌使溶液混合。 （一）液相完全混合时固相、液相的溶质分布: 1.完全混合：凝固速度很慢（近平衡）， 液相中有扩散、对流和搅拌， 整个剩余液体中溶质浓度均匀 液相中溶液的混合分为三种： 完全混合、完全无混合、部分混合。 （直线） k0C0 T3 C2（直线） koC2 T2 C1（直线） koC1 T1 C0(直线) koC0 T0 液相成分 固相成分 温度 T℃ TO T1 T2 T5 k0c0 c0 k0c1 c1 k0C2 c2 C0 C0 A ? B% C1 C2 C3 C4 K0C1 B%? K01 K01 0 ? x 由此可知： 1.对于ko1相图，固相中溶质富集于右端;对于ko1 相图,固相中溶质富集于左端。 2.定向凝固液相完全混合时造成固相溶质分布不均匀 从而产生成分偏析（宏观）： (1) k01相图，K0↓偏析↑ (2) k01相图， K0 ↑偏析↑ 3.利用定向凝固产生偏析的原理，可以提纯材料： (1) k01相图，K0↓提纯效果↑ (2) k01相图， K0 ↑提纯效果↑ 由计算可知，固相及液相中溶质的分布曲线分别为： CL = C0 ,CS = K0C0 X-已凝固量； l-铸锭至型腔距离 （二）液相完全无混合时固、液相的溶质分布: 完全无混合条件： 冷却与凝固速度较快（非平衡）； 液相中溶质仅靠扩散混合，无对流及搅拌（边界层有浓度梯度，以C0成分合金凝固为例）； 1.凝固初期（Ⅰ阶段）: 固相的溶质浓度必为k0C0， 界面前沿的液相浓度必然 高于C0，离界面较远的地 方仍然保持原始成分Co， 在界面前沿就