快速凝固副本

快速凝固技術(shù)提綱1.快速凝固的定義快速凝固是指在比常規(guī)工藝過程快得多的冷卻速度（如10^4~10^9K/s）或大的多的過冷度（幾十或幾百K以下）下，合金以極快的凝固速率（常大于10cm/s,甚至高達(dá)100m/s）從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程?？焖倌膛c快速冷卻的區(qū)別快速冷卻是實(shí)現(xiàn)快速凝固的方法之一快速凝固指凝固的速率大，其他方法也可以實(shí)現(xiàn)1959年美國(guó)加州理工學(xué)院的P.Duwez等采用一種獨(dú)特的熔體急冷技術(shù)——?dú)鈽尫?，在Au-25.wt%Si成分獲得非晶態(tài)結(jié)構(gòu)快速凝固起源2.快速凝固的基本原理2.1.急冷法單向凝固速率與導(dǎo)熱條件的關(guān)系

δ－凝固層厚度

Ti－鑄件/鑄型界面溫度TK－凝固界面溫度凝固速率：式中：λS—固相熱導(dǎo)率Δh—凝固潛熱；

ρs—固相密度；

GS—溫度梯度，由凝固層的厚度δ和鑄件/鑄型的界面溫度Ti決定的。對(duì)凝固層內(nèi)的溫度分布作線性近似，則得出2.1.急冷法單向凝固速率與導(dǎo)熱條件的關(guān)系

δ－凝固層厚度

Ti－鑄件/鑄型界面溫度TK－凝固界面溫度提高凝固速率：選用熱導(dǎo)率λS大的鑄型材料（如純銅）；對(duì)鑄型強(qiáng)制冷卻以降低鑄型/鑄件界面溫度Ti；局限性：內(nèi)部熱阻（δ/λS）隨凝固層厚度δ的增大而迅速提高，導(dǎo)致凝固速率下降。因此，快速凝固只能在小尺寸試件中實(shí)現(xiàn)2.1.急冷法設(shè)法減少同一時(shí)刻凝固的熔體體積設(shè)法增大熔體散熱表面積與體積之比設(shè)法減少熔體與熱傳導(dǎo)性能好的冷卻介質(zhì)的界面熱阻盡可能主要以傳導(dǎo)方式散熱急冷法獲得高冷速的原則2.2.深過冷通過抑制凝固過程的形核，使合金獲得很大的過冷度，使凝固過程釋放的潛熱△h被過冷熔體吸收，可以獲得很大的凝固速率過冷度為ΔTS的熔體凝固時(shí)需要導(dǎo)出的實(shí)際潛熱Δh′可表示為：當(dāng)Δh′=0，即

時(shí)，凝固潛熱完全被過冷熔體所吸收，試件可在無熱流導(dǎo)出的條件下完成凝固過程。深過冷是大尺寸鑄件快速凝固的唯一方法3.快速凝固技術(shù)3.1霧化技術(shù)將連續(xù)的金屬熔體在離心力、機(jī)械力或高速流體(氣體或液體)沖擊力等外力作用下分散破碎成尺寸極細(xì)小的霧化熔滴，并使熔滴在與流體或冷模接觸中迅速冷卻凝固，凝固后成呈粉末?；驹恚簹怏w霧化、水霧化、機(jī)械霧化、其他霧化主要工藝方法：粉末、碎片、箔片產(chǎn)品形式：3.1氣體霧化過程：兩束或多束氣體射流介質(zhì)傳遞動(dòng)能，將金屬液流破碎，細(xì)小的液滴在飛行中通過對(duì)流或輻射散熱凝固成粉工藝參數(shù)：射流距離、射流壓力、噴嘴結(jié)構(gòu)、氣體和金屬流速和質(zhì)量流率、金屬過熱度、氣液交匯角、金屬表面張力和金屬融化溫度范圍應(yīng)用：高合金鋼、鋁合金、超合金、鈦合金等（活潑金屬粉末采用惰性氣體霧化）粉末多成球形。凝固冷速取決于顆粒尺寸和霧化介質(zhì)的類型，通常，尺寸愈小，氣體愈輕，冷速愈高3.2液態(tài)急冷法(ａ)自由噴射熔液自旋工藝(ｂ)平面流鑄工藝

1-壓力計(jì)；2-排氣閥；3-坩堝；4-感應(yīng)加熱線圈；

5-合金液；6-金屬薄帶；7-淬冷輥輪；8-噴嘴3.3束流表面急冷法使用高能量密度的激光束、電子束以很高的線速度掃描工件表面，在工件表面形成瞬間的薄層小熔池，熱量由基底材料迅速吸收，在表面造成一個(gè)快速移動(dòng)的溫度場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)快速凝固。表面的冷卻速度可達(dá)10^8K/s?？捎糜谠诖蟪叽绻ぜ砻娴玫娇焖倌痰娘@微結(jié)構(gòu)特征與性能特點(diǎn)。3.4無容器電磁懸浮熔煉法熔體懸浮，避免與坩堝壁接觸，從而排除器壁導(dǎo)致的異制形核，利于獲得較大過冷度3.5溶劑包覆法合金熔體被有凈化作用的溶劑包覆，能夠去除熔體中促進(jìn)異質(zhì)形核的雜質(zhì)，從而利于獲得較大過冷度4

快速凝固對(duì)材料開發(fā)的作用（1）細(xì)化凝固組織，使晶粒細(xì)化。（2）減小偏析或無偏析。（3）擴(kuò)大固溶極限。（4）快速凝固可導(dǎo)致非平衡相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，包括新相和擴(kuò)大已有的亞穩(wěn)相范圍。（5）高的點(diǎn)缺陷密度。（6）形成非晶態(tài)。5

局限性和解決方案受冷卻速度限制，并不能完全實(shí)現(xiàn)較大的冷卻速度，從而使材料尺寸受限制。如非晶態(tài)合金一直不能得到應(yīng)用，最大的原因就是難以制備出大尺寸的非晶態(tài)合金。2.工藝復(fù)雜，難以控制，成本高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力低。如：平面流鑄工藝，噴嘴與滾輪距離，噴射壓力，滾輪轉(zhuǎn)速都影響合金帶的質(zhì)量，難以協(xié)