4、铸锭凝固组织及其控制.PDF

4、铸锭凝固组织及其控制 北 京 2008 主要内容 4.1 铸锭/坯的凝固组织 4.2 凝固过程的非金属夹杂物 4.3 凝固过程的气体 4.4 凝固收缩 4.1 铸锭/坯的凝固组织 • 一般情况下，钢锭或者连铸坯从边缘到中心是由细 小等轴晶带、柱状晶带和中心等轴晶带组成。 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 细小等轴晶粒层 • 由许多细小的等轴晶粒组成，是液体刚接触 模壁激冷时大量形核的结果，很窄，难于分 辨 • 柱状晶层 • 紧邻细小晶粒外壳，由粗大的长柱状的晶粒 组成。是定向结晶的产物。从外形看，各柱 状晶长轴大致与模壁垂直，表现出几何取向 的一致性。 • 中间等轴晶层 • 由粗大的、各方向尺寸几乎一致的晶粒组 成，晶粒尺寸大于细小等轴晶。 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 从钢的性能角度看，希望得到等轴晶的凝固结构。 • 等轴晶组织致密；强度、塑性、韧性较高，加工性能 良好；成分、结构均匀，无明显的方向异性。 • 而柱状晶的过分发展影响加工性能和力学性能。柱状 晶有如下特点： • （1）柱状晶的主枝干较纯，而枝间偏析严重。热 变形后由于枝晶偏析区被延伸，使组织带有带状特 征。这样使钢的力学性能具有明显的方向性，特别 是钢的横向性能降低。 • （2）由于杂质（夹杂物）的沉积，在柱状晶交界 面构成了薄弱面，是裂纹易扩展的部位，加工时易 开裂。 • （3）柱状晶充分发展时形成穿晶结构，出现中心 疏松，降低了钢的致密度 4.1铸锭/坯的凝固组织 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 铸锭的冷凝过程（作为了 解铸坯组织的参考） • 钢水进入锭模，靠近模 壁的钢水收到激冷，液 体中即刻出现陡峭的温 度梯度，曲线（1） • 同时，发生较强的自然 对流。使内部液体比较 迅速的冷却 • 温度梯度变成曲线 （2） 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 铸锭的冷凝过程（作为了 解铸坯组织的参考） • 此时，四周温度梯度变 缓，中心温度下降至结 晶温度 • 过去的时间内，大量形 核，形成细小等轴晶外 壳 • 随着外壳形成收缩，形 成气隙，传热变慢，枝 晶生长 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 形成枝晶的同时，伸出二 次枝晶，导致枝晶相互拥 挤，肩并肩向前发展，成 为柱状晶区。 • 柱状晶主枝平行于特定晶 体学方向和热流方向，垂 直于模壁 4.1铸锭/坯的凝固组织 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 当枝晶末端向前延伸，将 达到中心时，温度梯度变 缓，发生枝晶萎缩 • 甚至末端脱落，流入中心 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 同时，中心温度降低，组分过冷导致中心大量形核， 由于温度均匀，所以有利于等轴晶长大 4.1铸锭/坯的凝固组织 • 同时，中心温度降低，组分过冷导致中心大 量形核，由于温度均匀，所以有利于等轴晶 长大 • 等轴晶长大 • 爆发形核理论 • 固体质点理论 • 成分过冷理论 • 树枝晶熔断理论 • 结晶雨理论