凝固組織與技術(shù)

凝固組織與技術(shù)第1頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

凝固技術(shù)1快速凝固技術(shù)2定向凝固技術(shù)3半固態(tài)凝固技術(shù)4均衡凝固技術(shù)第2頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月快速凝固技術(shù)1背景：2定義：

快速凝固技術(shù)一般指以大于105K/s-106K/s的冷卻速率進行液相凝固成固相，是一種非平衡的凝固過程，通常生成亞穩(wěn)相(非晶、準(zhǔn)晶、微晶和納米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途。3方法：a氣槍法：這種方法的基本原理是將熔解的合金液滴，在高壓(>50atm)惰性氣體流(如Ar或He)的突發(fā)沖擊作用下，射向用高導(dǎo)熱率材料(經(jīng)常為純銅)制成的急冷襯底上，由于極薄的液態(tài)合金與襯底緊密相貼，因而獲得極高的冷卻速度(>109℃/S)。第3頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月快速凝固技術(shù)

b旋鑄法(chillblockmelt-spinning)：旋鑄法是將熔融的合金液自鉗鍋底孔射向一高速旋轉(zhuǎn)的、以高導(dǎo)熱系數(shù)材料制成的輥子表面。

c工作表面熔化與自淬火法(surfacemeltingandself-quenching)：用激光束或電子束掃描工件表面，使表面極薄層的金屬迅速熔化，熱量由下層基底金屬迅速吸收，使表面層(<10μm）在很高的冷卻速度(>108℃/S)下重新凝固。第4頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月快速凝固技術(shù)

d霧化法(atomization)：普通霧化法其冷卻速度不超過102~103℃/S。為加快冷卻速度，采取冷卻介質(zhì)的強制對流，使合金液在N2、Ar、He等氣體的噴吹下，霧化凝固為細(xì)粒，或使霧化后的合金在高速水流中凝固。4快速凝固技術(shù)在鎂合金中的應(yīng)用5快速凝固技術(shù)在鋁合金上的應(yīng)用第5頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月定向凝固技術(shù)1定義：

定向凝固是在凝固的過程中采用強制手段，在凝固金屬和凝固熔體中建立起特定方向的溫度梯度，從而使熔體沿著與熱流相反的方向凝固，獲得具有特定柱狀晶的技術(shù)。2方法：a發(fā)熱劑法（EP法）所謂的發(fā)熱劑法就是將熔化好的金屬液澆入一側(cè)壁絕熱，底部冷卻，頂部覆蓋發(fā)熱劑的鑄型中，在金屬液和已凝固金屬中建立起一個自上而下的溫度梯度，使鑄件自上而下進行凝固，實現(xiàn)單向凝固。第6頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月定向凝固技術(shù)b功率降低法（PD法）:將保溫爐的加熱器分成幾組，保溫爐是分段加熱的。當(dāng)熔融的金屬液置于保溫爐內(nèi)后，在從底部對鑄件冷卻的同時，自下而上順序關(guān)閉加熱器，金屬則自下而上逐漸凝固，從而在鑄件中實現(xiàn)定向凝固。c高速凝固法（HRS法）:為了改善功率降低法在加熱器關(guān)閉后，冷卻速度慢的缺點，在Bridgman晶體生長技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展成了一種新的定向凝固技術(shù)，即高速凝固法。第7頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月定向凝固技術(shù)d區(qū)域熔化液態(tài)金屬冷卻法（ZMLMC法）:該方法采用在距液固界面極近的位置處設(shè)置感應(yīng)線圈進行強制加熱，使金屬局部熔化過熱，產(chǎn)生的熔化區(qū)很窄，從而將液固界面位置下壓，同時使液相中的最高溫度盡量靠近凝固界面，啟動抽拉裝置，不斷地向下抽拉熔化的試樣進入液態(tài)合金中冷卻。e深過冷定向凝固（DUDS法）:過冷熔體中的定向凝固法是將盛有金屬液的坩堝置于一激冷基座上，在金屬液被動力學(xué)過冷的同時，金屬液內(nèi)建立起一個自下而上的溫度梯度，冷卻過程中溫度最低的底部先形核，晶體自下而上生長，形成定向排列的樹枝晶骨架，其間是殘余的金屬液。f深過冷定向凝固（DUDS法）:過冷熔體中的定向凝固法是將盛有金屬液的坩堝置于一激冷基座上，在金屬液被動力學(xué)過冷的同時，金屬液內(nèi)建立起一個自下而上的溫度梯度，冷卻過程中溫度最低的底部先形核，晶體自下而上生長，形成定向排列的樹枝晶骨架，其間是殘余的金屬液。第8頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月定向凝固技術(shù)g電磁約束成形定向凝固技術(shù)（DSEMS）:f激光超高溫度梯度快速定向凝固（LRM）:3在航空工業(yè)的應(yīng)用第9頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月均衡凝固技術(shù)1均衡凝固技術(shù)是用于鑄件充填補縮設(shè)計和澆冒口設(shè)計的理論和技術(shù)。均勻凝固原理△ABC：鑄件在凝固過程總的收縮量△ACD：鑄件在凝固過程總的膨脹量△ABE：鑄件的表觀收縮量；AC：鑄件總的凝固時間—AE：鑄件達(dá)到表觀收縮為零所需的時間；E點：均衡點—EC：外部補縮時間第10頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月半固態(tài)固成形技術(shù)1背景：半固態(tài)金屬成形技術(shù)是70年代初美國麻省理工學(xué)院的M.Flemigs和D.Spencer發(fā)現(xiàn)的，處于固-液相區(qū)間的合金經(jīng)過連續(xù)攪拌后呈現(xiàn)出低的表觀粘度，此時在結(jié)晶過程中形成的樹枝晶被粒狀晶代替。這種漿料很容易變形，只要加很小的力就可以充填復(fù)雜的型腔，從而開發(fā)出一種新的金屬成形方法—半固態(tài)金屬成形。2定義：在金屬處于液相線和固相線之間進行的成型加工。3半固態(tài)的流變特性：半固態(tài)金屬的流變特性是指在外力作用下半固態(tài)金屬的流動、變形性能。4半固態(tài)金屬的形成機理：第11頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月半固態(tài)固成形技術(shù)

1枝晶臂根部斷裂機制2枝晶根部熔斷機制3枝晶彎曲機制5半固態(tài)金屬的制備方法：

1機械攪拌法2電磁攪拌法3應(yīng)變激活法4電磁機械復(fù)合攪拌法

6半固態(tài)金屬的成形工藝：第12頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)展與展望1凝固是一個跨學(xué)科的工程與科學(xué)領(lǐng)域2隨著對新材料需求的增長，新的制備加工技術(shù)不斷涌現(xiàn)3凝固加工工程作為新材料發(fā)展及其加工制備領(lǐng)域的重要組成，其發(fā)展重點是：高性能、高純凈、復(fù)合化、精細(xì)化、環(huán)境友好的材料及其加工制備與過程的精確控制第13頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月凝固組織1宏觀組織：指用肉眼觀察到的鑄坯內(nèi)部的組織情況，通常包括晶粒的形態(tài)、大小、取向和分布等情況。2顯微組織：是指借助于顯微鏡觀察到的晶粒內(nèi)部的結(jié)構(gòu)形態(tài)，如樹枝晶、胞狀晶以及枝晶間距等。一鑄坯凝固的特點二凝固區(qū)域：固相區(qū)液相區(qū)兩相區(qū)三鑄坯典型宏觀組織第14頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月

凝固組織一形成理論介紹1傳統(tǒng)觀點2現(xiàn)代理論二鑄坯凝固過程中的晶粒游離理論1過冷鋼液中的非均質(zhì)生核第15頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月凝固組織2鑄型壁上晶粒脫落3樹枝晶上的枝晶分枝熔斷4游離晶的晶粒增殖5液面晶粒沉積所引起的晶粒游離第16頁，課件共18頁，創(chuàng)作于2023年2月凝固組織三鋼液流動對組織的影響自