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1、材料成型及控制工程铸造工程方向专业课许春香,材料制备新技术,第1章 快速凝固技术,（a）定向凝固 (b)体积凝固图1-1 两种典型的凝固方式 q1-自液相导人凝固界面的热流密度；q2-自凝固界面导人固相的热流密；Q-铸件向铸型散热热量,第1章 快速凝固技术,图1-2急冷模法示意图1-真空出口；2-绝热冷却剂容器；3-冷却池；4-铜模；5-模穴；6-垫圈；7-基板；8-压紧螺帽；9-射入管；10-铝箔,第1章 快速凝固技术,() 自由喷射熔液自旋工艺 () 平面流铸工艺图1-3 自由喷射熔液自旋工艺和平面流铸工艺原理示意图1-压力计； 2-排气阀； 3-坩埚； 4-感应加热线圈； 5-合金液；
2、6-金属薄带； 7-淬冷辊轮； 8-喷嘴,第1章 快速凝固技术,() 自由喷射熔液自旋工艺 () 平面流铸工艺图1-4 自由喷射熔液自旋工艺和平面流铸工艺形成的熔潭示意图,第1章 快速凝固技术,图1-5 玻璃包覆纺线法快速凝固原理图,第1章 快速凝固技术,图1-8 传送带法线材快速凝固原理图 1-冷却水喷嘴；2-带沟槽传送带；3-导引带；4-加热器；5-导引鼓；6-坩埚； 7-合金液；8-喷嘴；9-驱动滑轮；10-液流稳定器；11-线材；12-绕线机； 13-集水箱；14-喷射合金熔液柱；15-输送泵；16-流量计；17-压缩机,第1章 快速凝固技术,图1-9 单辊法制备快速凝固薄带原理图1-
3、激冷辊；2-感应加热器；3-排气阀；4-压力表；5-带材,第1章 快速凝固技术,图1-10 单辊法制备复合带材 1-单辊；2、5-合金液；3、4-坩埚；6-感应加热器；7-复合薄带,第1章 快速凝固技术,图1-11 非晶合金带材生产线示意图 1-熔化、保温炉; 2-中间包; 3-喷嘴; 4-单辊,直径约2000mm; 5-厚度测量装置,第1章 快速凝固技术,图1-12 双辊法快速凝固原理图 l-带材；2-合金液流；3-加热器；4-坩埚；5-喷嘴；6-双辊,第1章 快速凝固技术,（a）平行 (b) 倾斜 (c) 凸面 (d) 凹面图1-13 两辊的平行度对带材质量的影响,第1章 快速凝固技术,图
4、1-14 双辊法制备带材快速凝固模型,第1章 快速凝固技术,图1-15 双辊法制备复合薄带1、2-冷却辊；3-基带； 4-喷嘴；5-合金熔液,第1章 快速凝固技术,图1-16 溢流法快速凝固原理图,第1章 快速凝固技术,图1-17 溢流法制备复合带材1-复合层；2-基带；3-激冷辊；4-合金液；l，5-合金液；2，6-冷却长度,第1章 快速凝固技术,图1-18 喷射沉积法原理图 1-沉积室；2-基板；3-喷射粒子流；4-气体雾化室；5-合金液； 6-坩埚；7-雾化气体；8-沉积体；9-运动机构；10-排气及取料室,第1章 快速凝固技术,图1-19 喷射沉积法制备坯材1-感应加热坩埚；2-喷嘴；
5、3-圆柱沉积坯；4-沉积室； 5-排气管；6-循环分离器,第1章 快速凝固技术,图1-20 大块非晶形成临界冷却速度Vcc、最大厚度tmax 和比玻璃化温度Trg之间的关系,第1章 快速凝固技术,图1-21 单向熔化法示意图,第1章 快速凝固技术,图1-22 连续铸轧示意图,第1章 快速凝固技术,图1-23 分步冷却连续铸造法示意图,表1-1 不同雾化工艺的凝固速率和粉末质量比较,表1-2回转水纺线法制备的非晶丝及其力学性能。（细丝直径100160m）,表1-3 非晶、纳米晶软磁合金带材的主要性能及 应用领域,表1-4 采用喷射沉积法制备的近终形制件,第1章 快速凝固技术,热流密度q1和q2与
6、结晶潜热释放率之间满足 热平衡方程:,（1-1）,根据傅里叶导热定律知,（1-2）,（1-3）,而,（1-4）,式中,L,S分别为液相和固相的导热 率GTL,GTS分别为凝固界面附近液和固相 中的温度梯度；h为结晶潜热，也称为 凝固潜热；VS为凝固速度；S为固密度。,将式（1-2）至式（1-4）带入式（1-1） 则可求得凝固速度为：,（1-5）,(1-6),式中,Q1为铸型吸收的热量;Q2为铸件降温释 放的物理热;Q3为凝固过程放出的结晶潜热；,Q1，Q2，Q3可如下求出 式中，A为铸型与铸件的界面面积； q为界面热流 密度；VC为冷却速度， 为负值；VSV为体积凝 固速度， ；V为铸件体积； h为结晶潜 热；S、L、 分别为固相密度、液相密度及平 均密度；CS、CL分别为固相、液相的质量热容；分别为固相体积分数和液相体积分数。,(1-7),(1-8),(1-9),近似取 , ,并且已 知 ，则由式（1-6）至式 （1-9）可 得出:,(1-10),（1-11）,（1-12）,式中， 为铸件模数。,对凝固层内的温度分布作线性相似得,式中， 为凝固层厚度；TK 为液固界面温 度；Ti为铸件与铸型界面温度。,（1-14）,过冷度为hs的熔体在凝固过程中导出的实际 潜热h可表示为,为角度 ，为双辊旋转角速度 ， 为 合金熔液在双辊之间快速凝固的时间 。,(1-13),
