铸件宏观凝固组织的形成与控制

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铸件宏观凝固组织的形成与控制

• 包含的晶区
  • 表面细晶区
    • 型壁激冷，过冷度大，形核快，居于表面
  • 柱状晶区
    • 形成：从表面某些细等轴晶凝固层，向中心生长
    • 择优生长：长得快的晶体，释放出的结晶潜热会使其他晶体生长（凝固缓慢），淘汰掉取向不利的晶体。
    • 穿晶组织：柱状晶在长大过程中，若前面没有新的晶核或前面成分过冷区一直很小，柱状晶会一直延伸到中心，和对面的柱状晶相遇。
  • 内部等轴晶
    • 形成：由熔体内部晶核自由生长的结果
    • 理论一
      • “成分过冷理论”：凝固层向前推移，内部温度变化趋缓，溶质原子富集，也就是前方成分过冷度增大。直到发生非均质生核，导致内部等轴晶形成。
    • 理论二
      • “结晶雨理论”：液面冷却产生的晶粒下雨一样沉积在柱状晶前方的液区，是内部等轴晶晶核的主要来源。
    • 理论三
      • “激冷晶游离理论”：浇注过程中以及凝固的初期激冷，等轴晶自型壁脱落与游离促使等轴晶形成。
• 凝固过程中晶粒游离的产生
  • 液态金属的流动
    • 浇注时，填充铸型的流动
    • 凝固时，液态金属的对流
    • 由于收缩引起液体在枝晶间及其分支间流动
  • 晶粒游离
    • 来自过冷熔体内的非均质生核 （成分过冷理论）
    • 由型壁晶粒脱落，枝晶断熔断和增殖所引起的晶粒游离 （激冷晶游离理论）
    • 液面晶粒沉积所引起的晶粒游离 （结晶雨理论）
• 孕育处理 变质处理
  • 孕育处理：在生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒。（获得并细化等轴晶组织）
  • 变质处理：改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。（ 改变共晶合金的非金属相的结晶形貌）