6-铸件宏观组织及其控制-3h.pdf

第六章 Chapter 6铸件宏观组织及其控制林国标主要内容 Topics1 铸件的宏观组织2 凝固过程中的晶核游离3 表层细晶区的形成4 内部柱状晶区的形成5 中心等轴晶的形成6 铸件凝固组织的控制1铸件的宏观组织a） 有三个晶区的铸件宏观结晶组织b）仅由柱状晶构成的结晶组织c）仅由等轴晶构成的结晶组织图 1 铸件宏观组织示意图680℃ 浇铸1#砂模2# 10mm壁厚500 ℃ 预热3# 10mm壁厚4# 3mm壁厚注：铝合金浇注， 2-4#为金属型2 凝固过程中的晶核游离2.1 液态金属流动的作用独立形核 +游离状态的自由小晶体 等轴晶粒的“晶核”在微观方面，液态金属内部还会引起强烈的 温度波动 ，其大小与对流的强弱密切相关在微观方面，流体的内部导致 微观成分波动 2.2 游离晶的产生形式（ 2）型壁晶粒脱落、枝晶熔断和增值图 2 型壁晶粒脱落示意图游离晶一般都具有树枝状结构，在液流中漂移时，要不断通过不同的 温度区域和浓度区域 ，使其表面处于反复的生长和局部熔化过程中，遇到高温时发生局部熔化，遇到低温时再长大，可能产生缩颈，再遇到高温时熔断成碎晶，再遇到低温时又长大，完成增值过程 。

也存在于树枝晶各次分支的根部 ）图 3 游离晶增殖示意图3 表面细晶粒区的形成•铸型壁附近熔体受到强烈激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶 ” ;•传统理论（形核理论）：表面细晶粒区的大小和等轴晶的细化程度主要取决于型壁散热条件所决定的过冷度和凝固区域的宽度，型壁附近熔体中大量的非均匀形核 ;•现代研究： 1） 晶核为非均匀形核 + 游离晶核 ，大量形核为必要条件•2）抑制铸件形成 稳定的凝固壳层 为充分条件 ;•因为：凝固壳层 界面处晶粒单向散热 晶粒逆热流方向择优生长 柱状晶；•型壁晶粒游离 抑制铸件形成稳定的凝固壳层；•高溶质含量和强烈的液态金属流动 等是 型壁晶粒游离条件；•如纯金属、 750C的 Al-0.1%Ti浇到冰水激冷的不锈钢杯中形成外部柱状晶区、内部等轴晶区4 柱状晶区的形成图 4 柱状晶择优生长示意图（由表层细晶粒区发展而成的，也有可能从型壁处长出）5 等轴晶区的形成（过冷液体中非均质形核理论）（枝晶熔断理论）（结晶雨理论）（型壁晶粒脱落与游离理论）6 铸件凝固组织的控制凡能促进上述因素，将会扩大等轴晶范围，细化等轴晶组织铸型的激冷作用只产生于铸件的表面层。

铸型冷却能力对游离晶产生的影响是矛盾的一方面，低蓄热系数的铸型延缓稳定凝固壳层的形成，有助于凝固初期激冷层的游离，同时也使内部温度梯度变小，凝固区域变宽，从而对增加等轴晶有利另一方面，它减慢了熔体过热热量的散失，不利于游离晶粒的残存，从而减少了等轴晶的数量通常，前者是矛盾的主要因素，因而一般生产中，除薄壁铸件外，采用金属型铸造比砂型铸造更易获得柱状晶，特别是高温下浇注 更是如此但砂型铸造所形成的等轴晶比较粗大，如细化晶粒，需促使非自发形核与晶粒游离 1）合理 的浇注 工艺①合理降低浇注温度低温 浇注可有效减少柱状晶，获得细等轴晶，但会降低金属流动性，导致浇不足和夹杂物等缺陷的产生 ；②设计合理的浇注方式，强化 液流对型 壁激冷晶的的 冲涮作用 2）冷却条件的控制①合理控制冷却条件，形成大的过冷和宽的凝固区域从而促进熔体生核和晶粒游离， 即小的温度梯度和高的冷却速度，除薄壁铸件外，这两者不可兼得 ② 对厚壁铸件，采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶的形成，同时辅以其他晶粒细化措施③ 采用悬浮铸造法悬浮铸造法在浇注过程中向液态金属中加入金属粉末，起着显微激冷作用，促进等轴晶的形成与细化它与孕育处理的最大区别是加入量较大，一般为 2-4%，约为孕育处理用量的 10倍。

如钢中的 V、 Ti形成碳化物和氮化物促进非自发形核；铸铁水中加入 Si瞬间形成许多富 Si区，造成石墨提前析出 3）孕育（变质）处理在浇注前或浇注过程中，向液态金属中添加少量物质，以达到细化晶粒、改善宏观组织的目的几乎所有孕育剂都有一个时间效应问题，即在处理后存在孕育衰退现象，孕育效果不仅取决于孕育剂本身，也与孕育处理工艺密切相关一般来说，处理温度越高，孕育衰退越快当铸型恒速旋转时，浇入的液态金属在铸型的带动下不断加速，最后以与铸型相近的速度转动，液体与铸型间的相对运动和液体内部的对流被大大抑制，反易形成柱状晶但如果周期性的改变铸型的旋转方向和旋转速度，以强化液体与铸型及已凝固层之间的相对运动，则可利用液态金属的惯性力冲击凝固界面而获得细等轴晶组织，这就是所谓旋转震荡技术图 4 振动对晶粒大小的影响（ 4）动态晶粒细化（ 5）等轴枝晶间距的控制（辅以促进等轴晶形成的相应措施）作业 6• 铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的？它们的形成机理如何？• 液态金属中的流动是如何产生的？流动对内部等轴晶的形成及细化有何影响？• 试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响• 试分析影响铸件宏观组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。