快速凝固

快速凝固知识总结，快速凝固的方法包括气枪法、雾化法等，还有传热特点和组织结构两部分内容，需要的可以看看。

快速凝固

• 方法
  • 气枪法
  • 旋铸法
  • 工作表面熔化与自淬火法
  • 雾化法
• 传热特点
  • 通过薄层液态合金与高导热系数的冷衬底之间的紧密相贴来实现极块的导热传热的
  • 金属/衬底界面状况
  • 试样金属的厚度
  • hd/λs
    • h—界面传热系数 d—试样厚度 λs—试样金属导热系数
    • (hd/λs) >30：理想冷却
      • h为极大，试样及衬底中的温度梯度都较大，界面上无温差存在
    • (hd/λs)< 0.015：牛顿冷却
      • h非常小，在试样及衬底中的温度梯度都很小，界面上有较大的温差
    • 30 >(hd/λs)>0.015：中间冷却
    • 大部分快冷技术
• 组织结构
  • 合金的凝固模式主要决定于一定的形核及传热条件下的界面推进速率 典型的快速凝固应属于在很高的界面推进下出现的半界面凝固，或属于无偏析凝固
  • 过冷度的影响
    • 超快速冷却
      • 新的亚稳相
      • 则在溶体过冷到玻璃化转化温度Tg时，形核过程还未开始，凝固过程的结果是形成非晶态合金
    • 临界过冷冷却
      • 一定成分的合金可发生完全的无偏析凝固
    • 次快速冷却
      • 凝固前期可按无偏析模式进行，后期温度回升至Tk 以上发生溶质元素再分配和偏析
    • 大固溶极限、超细晶粒、无溶质再分配、无扩展、无偏析直至非晶
  • 出现的新变化
    • 扩大了固溶极限
    • 超细晶粒度
      • 快速凝固的合金具有比常规合金低几个数量级的晶粒尺寸，一般为小于0.1~1.0 μm
    • 无偏析的微晶
      • 当生长速度足够高时， 枝晶端部的温度会重新下降， 直到平衡的固相线温度，此时的固相成分又会回到合金的原始成分。 凝固前沿亦重新成为平界面，表明合金凝固进入了 “绝对稳定界限”。 如果凝固速率不仅达到了“绝对稳定界限” ，而且超过了界面上的溶质原子的扩散速率，即进入了 完全的“无偏析、无扩散凝固” 时，便可在铸件的全部体积内获得完全不存在任何偏析的组织。
    • 新的亚稳相
    • 高的点缺陷
      • 液态金属中的“缺陷密度”要比同温度下的固态金属高得多，而在快速凝固的过程中，则会较多的保存在固态金属中
    • 非晶
  • 性能
    • 高强度及高韧性
      • 大的固溶度
      • 超细晶粒度
      • 超细弥散分布的析出相
    • 高耐蚀性
      • 在快速凝固条件下可提高铬含量 而不致引起铬不锈钢中θ相的析出。
    • 高抗蠕变能力
      • 这是因为消除了偏析，疲劳裂纹的开始得以推迟，在高温合金中使早期熔化 温度提高75~100%
    • 不锈钢抗辐射性能及在高浓度氦气氛中不易膨胀的特性
      • 核反应内壁
  • 非晶（金属玻璃）
    • 原理
      • 而在过冷至某一温度 （称玻璃转化温度glass transition temperature）以下时，其内部原子冻结在还是液态时所处的位置附近，从而形成非晶结构
      • Rc：形成非晶的临界冷却温度，表征合金形成玻璃态的能力
        • 一般将临界冷却速度Rc<10^6~10^7 ℃/s的合金列为容易非晶化的合金
    • 容易形成金属玻璃的合金系
      • 平衡状态图上有一个或几个深凹的共晶谷
      • 随着溶质含量的增加，液相线温度迅速下降
      • 在平衡状态图上出现一段液相线区域， 其温度显著地低于溶剂金属的熔点
        • 后过渡族金属——类金属
          • B 、P 、Si 、C如FeNiPB
        • 后过渡族金属——前过渡族金属
          • 如Cu-Ti
        • 稀土金属——后过渡金属
          • 如Cu-Co
        • ⅡA族金属——另一金属
          • 如Ca-Al
        • 锕系金属——后过渡族金属
          • 如Np-Ca
    • 性能
      • 高强高硬在压缩时有较高的塑性
      • 良好的软磁性能
      • 约为0的电阻
      • 耐腐蚀性
        • 非晶态合金表面还具有良好的化学活性，并对化学反应具有良好的选择性，再加上良好的耐蚀性能，使得金属玻璃有可能成为一种新型的催化剂及电极材料
        • Fe70CrP13C7
      • 储氢超导
• 温度
  • Tg温度：玻璃化温度
    • 合金的熔点或平衡液相线越低，玻璃转化温度越高，则越容易在连续冷却过程中避免结晶过程的发生，最后在Tg温度转变为非晶态合金
  • Tk温度：脆韧性转变温度
• 偏析
  • 元素在结晶时分布不均匀的现象 非均质形核在决定凝固开始前的过冷度及凝固模式方面也起着重要的作用。 削弱或消除非均质形核的潜在核心，将使合金在较低的冷却速度下，仍然能达到进行无偏析凝固所必须的过冷度。
  • 显微偏析
    • 枝晶偏析
    • 晶间偏析
    • 晶界偏析
    • 胞状偏析
  • 区域偏析（宏观偏析）
    • 正常偏析
    • 反常偏析
    • 比重偏析
  • 晶内偏析
  • 通道偏析