《材料加工原理》PPT課件

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1、§8-4鑄件的凝固方式鑄件凝固過程中，除純金屬和共晶成分合金外，斷面上一般都存在三個區(qū)域：凝固區(qū)液相區(qū)固相區(qū)部分狀態(tài)圖固相區(qū)凝固區(qū)液相區(qū)一、鑄件凝固區(qū)域及其結(jié)構(gòu)1a.右邊的晶體已連成骨架，但液體還能在其間移動，為限制遷移帶b.左邊的已接近固相溫度，固相占絕大部分，骨架之間的少量液體被分割成互補(bǔ)溝通的小“熔池”，為顯微遷移帶寬結(jié)晶溫度范圍內(nèi)合金的凝固區(qū)域液固部分：液相占優(yōu)勢固液部分：固相占優(yōu)勢1)液固部分凝固的晶體處于懸浮狀態(tài)而未連成一片，固相可以自由移動,為宏觀遷移帶。2)固液部分2鑄件凝固方式一般分為三種：

2、逐層凝固、體積凝固和中間凝固。1、逐層凝固（純金屬或共晶成分合金的凝固方式）恒溫下結(jié)晶的金屬，在凝固過程中其鑄件斷面上的凝固區(qū)域?qū)挾鹊扔诹?，斷面上的固體和液體由一條界線清晰地分開，隨著溫度的下降，固體層不斷加厚，逐步到達(dá)鑄件中心，此為“逐層凝固方式”。二、鑄件的凝固方式及其影響因素3逐層凝固方式特點(diǎn)：無凝固區(qū)或凝固區(qū)很窄凝固動態(tài)曲線上的兩相邊界的縱向間距很小或是無條件重合。a）恒溫下結(jié)晶的純金屬或共晶成分合金b）結(jié)晶溫度范圍很窄或斷面溫度梯度很大42、體積凝固（鑄件斷面溫度場較平坦或結(jié)晶范圍較寬的合金）如果合

3、金的結(jié)晶溫度范圍很寬，或因鑄件鑄件斷面溫度場較平坦，鑄件凝固的某一段時間內(nèi)，其凝固區(qū)域很寬，甚至貫穿整個鑄件斷面，而表面溫度高于固相溫度，這種情況為“體積凝固方式”，或稱為“糊狀凝固方式”。5體積凝固方式（糊狀凝固方式）特點(diǎn)：a）鑄件斷面溫度平坦b）結(jié)晶溫度范圍很寬——凝固動態(tài)曲線上的兩相邊界縱向間距很大63、中間凝固（結(jié)晶范圍較窄或鑄件斷面溫度梯度較大的合金）如果合金的結(jié)晶范圍較窄，或因鑄件斷面的溫度梯度較大，鑄件斷面上的凝固區(qū)域介于前兩者之間時，屬于“中間凝固方式”。7中間凝固方式特點(diǎn)：凝固初期似逐層凝固

4、——凝固后期似糊狀凝固a）結(jié)晶溫度范圍較窄b）鑄件斷面的溫度梯度較大81.以二元共晶相圖為例說明1.逐層凝固3.糊狀凝固2.中間凝固合金的結(jié)晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固。表層中心t鑄件固相線液相線成分溫度表層中心t鑄件液固液表層中心St鑄件溫度液相線固凝固區(qū)影響鑄件凝固方式的因素合金的結(jié)晶溫度范圍9以碳鋼為例說明102、鑄件的溫度梯度的影響在合金結(jié)晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內(nèi)外層之間的溫度差。若鑄件內(nèi)外層之間的溫度差由小變大，則其對應(yīng)的凝固區(qū)由寬變窄。梯度很大的溫度場，

5、可以使寬結(jié)晶溫度范圍的合金按中間凝固方式凝固(加高碳鋼在金屬型中凝固)，甚至按逐層凝固方式凝固。很平坦的溫度場，可以使窄結(jié)晶溫度范圍的合金按體積凝固方式凝固。所以，溫度梯度是凝固方式的重要調(diào)節(jié)因素。11工業(yè)純鋁（99%Al）在砂型和金屬型中鑄造時所測得的溫度場合凝固動態(tài)曲線將它在砂型中的凝固動態(tài)曲線與上圖中低碳鋼的相應(yīng)曲線比較則可看到，雖然工業(yè)純鋁的結(jié)晶溫度范圍為6度，比低碳鋼的22度小得多，但是低碳鋼為逐層凝固方式，而工業(yè)純鋁卻已體積凝固方式進(jìn)行凝固。其原因是鋁的凝固溫度低、結(jié)晶潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)大，鑄件斷面的

6、溫度場平坦。圖2-16工業(yè)純鋁鑄件斷面的溫度場（a）和凝固動態(tài)曲線（圖b）12綜上,鑄件的凝固方式由結(jié)晶溫度范圍和溫度梯度共同決定：趨于體積凝固趨于逐層凝固13根據(jù)近代凝固理論，又把工業(yè)上常用的金屬的凝固方式分成兩大類：外生凝固和內(nèi)生凝固外生凝固：特點(diǎn)：凝固層從金屬液-鑄型界面向中心推進(jìn)。分類：宏觀光滑界面的凝固（理想的平滑界面）宏觀粗糙界面的凝固（S-L界面呈割裂的鋸齒狀）枝晶狀（海綿狀）凝固（網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）機(jī)制：宏觀S-L界面連續(xù)，界面推進(jìn)方向與傳熱方向相反。熱量通過固相向環(huán)境散失。凝固速率取決于傳熱速率形貌

7、：等軸晶14內(nèi)生凝固：特點(diǎn)：既可以在界面凝固，也可在金屬液內(nèi)部進(jìn)行。分類：糊狀凝固（表面和中心凝固速率相差不大）形殼凝固（表面凝固速率>中心）機(jī)制：宏觀S-L界面分散，界面推進(jìn)方向與傳熱方向相同。熱量通過液相向環(huán)境散失。凝固速率取決于液相過冷度。形貌：等軸晶151、窄結(jié)晶溫度范圍的合金金屬澆入鑄型后，首先在型壁處過冷，形成激冷層，然后按柱狀晶的形勢緊密生長，固相界面前沿為平面推進(jìn)的方式.包括純金屬、共晶成分合金和其它窄結(jié)晶溫度范圍的合金純金屬共晶類合金窄結(jié)晶溫度范圍合金工業(yè)用銅工業(yè)用鋅工業(yè)用錫共晶成分合金近共

8、晶成分合金低碳鋼錫青銅結(jié)晶溫度范圍小的黃銅三、結(jié)晶溫度范圍對鑄件凝固過程的影響16由于凝固前沿直接與液態(tài)金屬接觸，當(dāng)液態(tài)凝固成為固態(tài)而發(fā)生體積收縮時，可以不斷地得到液體的補(bǔ)充，所以：（1）產(chǎn)生分散縮松的傾向小，而是在鑄件最后凝固部位留下集中縮孔，設(shè)置冒口易消除，因此其合金的補(bǔ)縮特性良好；（2）這類合金鑄件在凝固過程中當(dāng)收縮受阻而產(chǎn)生晶間裂紋時，也容易得到金屬液的充填，使裂紋愈合，所以鑄件的熱裂傾向小