第七章 鑄件宏觀組織

1、1第七章 鑄件宏觀組織的控制機理及方法21.表面激冷細晶表面激冷細晶區(qū)，晶粒細小均區(qū)，晶粒細小均勻勻2.柱狀晶區(qū)，晶柱狀晶區(qū)，晶粒垂直于型壁排粒垂直于型壁排列，平行于熱流列，平行于熱流方向方向.u內(nèi)部等軸晶區(qū)，內(nèi)部等軸晶區(qū)，晶粒較為粗大晶粒較為粗大;表層急冷晶區(qū)表層急冷晶區(qū)中間柱狀晶區(qū)中間柱狀晶區(qū)內(nèi)部等軸晶區(qū)內(nèi)部等軸晶區(qū)3幾種不同類型的鑄件宏觀組織示意圖幾種不同類型的鑄件宏觀組織示意圖（a）只有柱狀晶）只有柱狀晶;（b）表面細等軸晶加柱狀晶）表面細等軸晶加柱狀晶;（c）三個晶區(qū)都有）三個晶區(qū)都有;（d）只有等軸晶）只有等軸晶 4u柱狀晶的特點是各向異性，對于諸如磁性柱狀晶的特點是各向異性，對于

2、諸如磁性材料、發(fā)動機和螺旋漿葉片等這些強調(diào)單方材料、發(fā)動機和螺旋漿葉片等這些強調(diào)單方向性能的情況，采用定向凝固獲得全部柱狀向性能的情況，采用定向凝固獲得全部柱狀晶的零件反而更具優(yōu)點。晶的零件反而更具優(yōu)點。u如何在技術(shù)上有效地控制鑄件的宏觀組織如何在技術(shù)上有效地控制鑄件的宏觀組織十分重要。因此有必要學習各晶區(qū)組織的形十分重要。因此有必要學習各晶區(qū)組織的形成機理。成機理。56 一旦型壁附近的晶粒互相連結(jié)而一旦型壁附近的晶?；ハ噙B結(jié)而構(gòu)成構(gòu)成穩(wěn)定的凝固殼層穩(wěn)定的凝固殼層，凝固將轉(zhuǎn)為，凝固將轉(zhuǎn)為柱狀晶區(qū)由外向內(nèi)的生長，表面激柱狀晶區(qū)由外向內(nèi)的生長，表面激冷細晶粒區(qū)將不再發(fā)展。因此穩(wěn)定冷細晶粒區(qū)將不再發(fā)

3、展。因此穩(wěn)定的凝固殼層形成得越早，表面細晶的凝固殼層形成得越早，表面細晶粒區(qū)向柱狀晶區(qū)轉(zhuǎn)變得也就越快，粒區(qū)向柱狀晶區(qū)轉(zhuǎn)變得也就越快，表面激冷區(qū)也就越窄。表面激冷區(qū)也就越窄。78910等軸晶等軸晶不銹鋼篩網(wǎng)不銹鋼篩網(wǎng)等軸晶等軸晶1112圖5-5 型壁處形成的激冷晶向鑄件內(nèi)部的游離a) 晶體密度比熔體小的情況; b) 晶體密度比熔體大的情況為什么純金屬幾乎得不到等軸晶而溶為什么純金屬幾乎得不到等軸晶而溶質(zhì)濃度大的合金容易得到等軸晶呢質(zhì)濃度大的合金容易得到等軸晶呢? 13圖5-6 晶體與型壁交會處產(chǎn)生“脖頸”促使晶體發(fā)生脫落而游離 14圖5-7 游離晶體的生長、局部熔化與增殖15161718展，從而

4、擴大等軸晶區(qū)的范圍，并細化等軸晶組織。展，從而擴大等軸晶區(qū)的范圍，并細化等軸晶組織。192021合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得及細化等軸晶的有效措施。但過低的澆及細化等軸晶的有效措施。但過低的澆注溫度將降低液態(tài)金屬的流動性，導致注溫度將降低液態(tài)金屬的流動性，導致澆不足和冷隔等缺陷的產(chǎn)生。澆不足和冷隔等缺陷的產(chǎn)生。 通過改變澆注方式強化對流對型壁激通過改變澆注方式強化對流對型壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進細等冷晶的沖刷作用，能有效地促進細等軸晶的形成。但必須注意不要因此而軸晶的形成。但必須注意不要因此而引起大量氣體和夾雜的卷入而導致鑄引起大量氣體和夾雜的卷

5、入而導致鑄件產(chǎn)生相應的缺陷。件產(chǎn)生相應的缺陷。 22鑄型中間澆注鑄型中間澆注 單孔上注單孔上注 沿型壁六孔澆注沿型壁六孔澆注 圖圖5-8 不同澆注方法引起不同的鑄件凝固組織不同澆注方法引起不同的鑄件凝固組織 23對薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導能力的鑄型。對薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導能力的鑄型。 對厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶對厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶的形成，再輔以其他晶粒細化措施以得到滿意的效果。的形成，再輔以其他晶粒細化措施以得到滿意的效果。懸浮澆注法可同時滿足小的懸浮澆注法可同時滿足小的GL與高的與高的R的要求。的要求。 24懸浮澆注法是在

6、澆注懸浮澆注法是在澆注過程過程中中將一定量的將一定量的固態(tài)金屬顆粒加固態(tài)金屬顆粒加入到金屬液中入到金屬液中，從，從而改變金屬液凝固過而改變金屬液凝固過程，達到細化組織、程，達到細化組織、減小偏析、減小鑄造減小偏析、減小鑄造應力的目的的一種工應力的目的的一種工藝方法。藝方法。懸浮澆注用渦流導入法的澆注系統(tǒng)懸浮澆注用渦流導入法的澆注系統(tǒng)料斗料斗離心集液包離心集液包直澆道直澆道2526u通過在生長界面前沿的成分富集而使晶粒根部和樹枝晶通過在生長界面前沿的成分富集而使晶粒根部和樹枝晶分枝根部產(chǎn)生縮頸，促進枝晶熔斷和游離而細化晶粒。分枝根部產(chǎn)生縮頸，促進枝晶熔斷和游離而細化晶粒。孕育劑含有直接作為非自發(fā)

7、生核的物質(zhì)孕育劑含有直接作為非自發(fā)生核的物質(zhì) 孕育劑能與液相中某些元素孕育劑能與液相中某些元素反應反應生成較生成較穩(wěn)定的穩(wěn)定的化合物化合物而產(chǎn)生非自發(fā)生核而產(chǎn)生非自發(fā)生核在液相中造成很大的在液相中造成很大的微區(qū)富集微區(qū)富集而迫使結(jié)而迫使結(jié)晶相提前彌散析出而生核晶相提前彌散析出而生核 27表表5-1 合金常用孕育劑的主要元素情況合金常用孕育劑的主要元素情況 28u孕育衰退孕育衰退: 幾乎所有的孕育劑都有在孕育處理后一幾乎所有的孕育劑都有在孕育處理后一段時間出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象段時間出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象. u影響孕育效果的因素影響孕育效果的因素: 孕育劑的種類孕育劑的種類(成分成分)和孕育和孕育 處理工藝

8、。處理工藝。1)處理溫度處理溫度: 一般處理溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育一般處理溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育劑均勻散開的前提下，應盡量降低處理溫度。劑均勻散開的前提下，應盡量降低處理溫度。2)時間時間:盡可能縮短孕育處理與澆注之間的時間盡可能縮短孕育處理與澆注之間的時間(瞬時孕育瞬時孕育);3)孕育劑粒度要根據(jù)處理溫度、合金液量和處理方法來選擇。孕育劑粒度要根據(jù)處理溫度、合金液量和處理方法來選擇。 2930立式離心鑄造機3132 采用機械攪拌、電磁攪拌或氣泡攪拌均可造成液相相對固相的采用機械攪拌、電磁攪拌或氣泡攪拌均可造成液相相對固相的運動，引起枝晶的折斷、破碎與增殖，達到細化晶粒的目的。運動，引起枝晶的折斷、破碎與增殖，達到細化晶粒的目的。 連鑄過程采用電磁攪拌的主要作用是提高連鑄坯的質(zhì)量，例如去除夾雜物、連鑄過程采用電磁攪拌的主要作用是提高連鑄坯的質(zhì)量，例如去除夾雜物、消除皮下氣泡、減輕中心偏析、提高連鑄坯的等軸晶率。在澆鑄斷面較大的消除皮下氣泡、減輕中心偏析、提高連鑄坯的等軸晶率。在澆鑄斷面較大的鑄坯以及澆鑄質(zhì)量要求較高時，電磁攪拌技術(shù)便成為首選。鑄坯以及澆鑄質(zhì)量要求較高時，電磁攪拌技術(shù)便成為首選。33這種細小圓整的半固這種細小圓整的半固態(tài)金屬漿液由于具有態(tài)金屬漿液由于具有較好的流動性而容易較好的流動性而容易成形。因為它