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1、第六章 材料的凝固与气相沉积,5制造工艺与凝固组织 侯彬红,1,目录,一、铸锭与铸件的凝固组织及偏析,2,2、熔化焊的组织,二、连续铸造和熔化焊的凝固组织,1、凝固组织,1、连续铸造的组织,2、偏析,凝固过程,浇铸,在模壁形核,形成柱状晶,形成等轴晶,3,一、铸锭与铸件的凝固组织及偏析,1，凝固组织,截面图,模内钢液的温度分布 a)刚注入时的温度分布 b)激冷层形成后的温度分布,5,成因分析,细晶区的形成,当高温液体浇入铸模后，液体受到强烈冷却获得很大的过冷，又由于模壁是非均匀形核的有利位置，因而形核率很高，晶核迅速生长并相互接触，便形成了表层细晶区,细晶区,柱状晶区的形成,表层细晶区很薄，它
2、形成后产生了负的温度梯度，这使即便是纯金属也可以树枝状方式向前生长，柱状晶的形成，就是在表层细晶粒带上引起树枝状生长的结果,中心等轴晶区,在柱状晶生长过程中，由于铸锭中心远离模壁，液体散热困难.随着凝固的进行，铸锭中心温度不断降低，液体金属流动、冲刷将破碎或者熔断的枝晶推向中心形成了中心等轴晶区。,等轴晶,摘自文献： 退火温度对热轧5052/AZ31/5052镁铝复合板组织和性能的影响,在铸件中，一般都希望得到主要是由细小的中心等轴晶带构成的组织。一般的中心等轴晶粗大，疏松较多；通过加入变质剂，退火处理等可形成细小的等轴晶粒。,晶粒形状可以通过后续处理来改变,AlMg合金没有变质处理晶粒,Al
3、Mg合金经过变质处理晶粒,变质处理,变质处理:向金属液体中进入一些细小的形核剂，非自发形核，从而细化晶粒。如B、Ti,2，铸锭中的偏析,分为宏观偏析和显微偏析,宏观偏析的形成是由于不同阶段形成的合金成分差异所造成。（按照合金凝固顺序总是含溶质量较少的液体先凝固，后凝固的液体溶质和杂质的含量越来越多）,正常偏析：先凝固的外层中溶质含量较后凝固的内层低，因此合金铸件中心含溶质浓度较高的现象是凝固过程的正常现象。,11,1,比重偏析：两组元密度差异很大时先析出部分会浮在上面或沉在下面。,2,在Pb-Sb合金中，Pb和Sb两个组元的密度相差很大，有时先结晶出初生晶体Sb，由于Sb晶体与液体合金的密度差
4、，Sb晶体上浮顶部多为初生晶体Sb。,比重偏析,反偏析：与正常偏析相反的情况，凝固时溶质或者杂质的含量到反趋近与表面.,3,反偏析,一般认为反偏析的形成原因是：正常情况下铸件中心部位应该富集溶质元素，由于铸件凝固时发生收缩而在树枝晶之间产生空隙，加上温度的降低，液体内气体析出形成压强，使铸件中心溶质较高的液体沿着柱状晶之间的渠道被压向铸件表面形成反偏析,例外,文献,文献,文献,文献,可以看出，N和S含量低于检测下限，O和H含量也都很低，远低于结构件用铝合金气体含量；C含量高可能是由于石墨铸件的原因。如此低的气体含量，铸锭在凝固时不可能析出很多气体将铸锭心部低Si含量的熔体挤出铸锭外边面处。,研
5、究表明。在铸锭气体含量极低的情况下，高纯AlSi1铸锭存在着严重的反偏析倾向；铸锭反偏析程度与铸锭该区域的凝固速度有关，最后凝固的区域反偏析最严重；传统的析气与铸锭收缩挤压熔体不能给出合理的解释；反偏析的原因可能是凝固过程中，领先相Si的形核与长大导致最后凝固的熔体贫Si。,文献,例：锡青铜铸件中经常会看到表面有“锡汗”的现象，当熔化的锡青铜融入较多的氢时，氢气的释放迫使富含锡的液体通过树枝间间隙流至铸件表面。,反偏析视图,显微偏析：晶粒内部的成分不均匀现象。分为胞状偏析和树枝偏析。 胞状偏析：胞壁含溶质较多的显微偏析。 树枝偏析：树枝枝干与间隙处的成分差异形成的显微偏析。,显微偏析,枝晶偏析
6、：控制溶质含量均匀,偏析消除方法,比重偏析：增大冷却速度，加入其他元素,反偏析 ：减少液体中的气体含量,胞状偏析：尺寸较小，均匀退火消除,正常偏析：难以完全避免，可在浇注时控制,偏析涉及到的内容很多，这里只是简要介绍。有兴趣大家可以查一些文献。,二、连续铸造和熔化焊的凝固组织,连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定的长度的铸件。,23,连续铸锭示意图 1-浇包 2-浇口杯 3-结晶器 4-铸锭 5-引锭,将钢液不断浇入水冷的铸模中，钢液很快凝固，凝固后立即抽出轧制 连续
7、铸造时，没有集中缩孔，同时，在水冷的模中冷却很快，没有等轴晶的产生，也没有疏松，正常偏析程度小,铸造过程,缩孔：多数金属在凝固时发生体积收缩，使铸锭内形成孔洞 疏松：树枝晶生长各枝晶互相穿插有可能使其中的液体被封闭， 凝固收缩得不到补充，形成小的分散缩孔也叫疏松,固液界面为抛物线状，柱状晶的生长都是沿着热流方向垂直于界面,铸造过程,连铸机,26,27,2、熔化焊的组织,所谓熔焊，是指焊接过程中，将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。由于被焊工件是紧密贴在一起的，两个工件熔化的融液会发生混合现象。完成焊接的方法。,组织接近于连续铸造，焊接速度不同熔池的形状也不同,29,熔化焊的组织,a）熔池的冷却 b）焊接时的等温线,组织结构与温度梯度有关，d图速度快熔池变为梨形，温度梯度大体不变柱状晶均匀,熔化焊的组织,c）低速焊接时组织 d）高速焊接时组织,增补熔合,请大家批评指正！,
