第四章现代金属凝固技巧.pptx

第四章 现代金属凝固技术;;4.1.1 定向凝固技术的发展史;随着其他专业新理论的出现和日趋成熟及实验技术的不断改进，新的凝固技术也将被不断创造出来。定向凝固技术必将成为新材料的制备和新加工技术的开发提供广阔的前景，也必将使凝固理论得到完善和发展。;4.1.2 定向凝固技术的基本定义 ;4.1.3 定向凝固理论;成分过冷理论; 成分过冷理论能成功的判断低速生长条件下，无偏析特征的平面凝固，避免胞晶或枝晶的生长。;4.2 定向凝固技术的控制基础;3.粗等轴晶区的特点： （1）晶粒在各个方向上的尺寸几乎相等。 （2）晶粒排列紊乱，晶粒粗大。 （3）晶区位于铸锭或连铸方坯的中部。 （4）晶区有疏松、缩孔和偏析。 原因：柱状晶区的小晶粒游离到心部，或从心部直接析 出新的晶核，而此时的铸锭或连铸方坯心部的冷却缓慢，热流方向不明显，这些晶粒在各个方向的长大速度相当，而且得到了较充分的长大。;铸锭或连铸方坯的凝固组织示意图;;4.2.3 金属凝固技术的发展方向 ;4.3.1 间歇式定向凝固特点及种类 特点：（1）定向凝固试样，坯料或铸件的制取长度有限。 （2）制备效率低。 种类：（1）发热剂法定向凝固工艺。 （2）功率降低法定向凝固工艺。 （3）高速凝固法定向凝固工艺。 （4）液态金属冷却法定向凝固工艺。 ;4.3.2 发热剂法定向凝固工艺;优点：工艺方法简单，成本低廉。 缺点：（1）单向传热不易维持，无法保证产品的重复性。 （2）液相金属中的温度梯度GL很低。 （3）金属凝固一旦开始，便无法再控制金属的凝固过程。 主要应用：生产早期的小型燃气发动机高温合金叶片零件。 ;4.3.3 功率降低法定向凝固工艺;优点：工艺简单，铸件的生产陈本低。 缺点：（1）液态合金中的温度梯度GL较低。 （2）高温合金叶片的长度受到限制，且柱状晶之间的平行度较差。 （3）热传导能力随着离激冷铜座距离的增加而明显降低。 主要应用：可以生产出较好柱状晶的高温合金燃气发动机叶片铸件。但不适合高质量或大型叶片的生产，一般只适用于120mm以下的不太重要的叶片铸件。;4.3.4 高速凝固法定向凝固工艺;热量散失的方面：（1）已凝固的铸锭或铸件部分向水冷铜座传导散热。 （2）已凝固铸锭或铸件部分的辐射散热。 将传导散热和辐射散热用相应的等效热交换系数hc0和hra来表示，则散热的热流密度可表示为： 式中： hco~传导换热的等效热交换系数； hra~辐射换热的等效热交换系数； T~已凝固铸锭或铸件部分的温度； T0~冷却铜座的温度。 试验表明：冷却开始时，hcohra,以铸锭或铸件部分向水冷铜座传导散热为主。 冷却到一定程度时，hco=hra，这时以辐射散热为主。;经过分析和推到，控制稳态凝固条件下的液相温度梯度的因素如下式所示： 式中：λL、λs~液相和固相的热导率； GL、Gs~液相和固相的温度梯度； ΔHm~合金的结晶潜热； ps~合金的固相密度； R~凝固速度。 增大GL的途径：（1）加强固相的传热强度，即提高GS，可以提高GL。 （2）提高合金液相的温度，可以直接提高GL，但加热温度也不可过高，以免精铸模壳的高温强度下降或合金与精铸模壳的高温反应。 （3）增加辐射挡板，有效地将高温区和低温区分开，可以提高合金的液相温度梯度GL。;优点：（1）与功率降低法定向凝固工艺比较，高速凝固法定向凝固工艺具有较大的液相