[經管營銷]鋼的澆注凝固理論ppt課件

1、7.鋼的澆注7.1 凝固理論一、凝固1.凝固Solidification 從液態(tài)到固態(tài)；金屬原子從無序到有序狀態(tài)的轉變，也是在液態(tài)中無規(guī)那么的原子集團轉變成按一定規(guī)那么排列的固態(tài)結晶體。短程有序長程有序凝固現(xiàn)象形核長大凝固過程示意圖凝固過程示意圖2. 對凝固的要求正確的凝固構造；合金元素分布均勻；最大限度的除去氣體和夾雜；鋼錠內部和外表質量良好；鋼水收得率高。二、凝固的熱力學條件1.溫度對凝固的影響T0TnTG固G液溫度T自由能GG1平衡熔點T0在平衡熔點處： 鋼凝固反響：Fe液Fe固 GfG固G液 HT S HT H/T0 令HLf LfT0T/T0 Lf T/T0只有T0， Gf才小于零，

2、凝固才自發(fā)進展。2過冷度T凝固時的冷卻曲線時間溫度時間溫度T0TT0Ta. 純金屬b. 合金2.晶粒度對熔點的影響：晶粒越小，它的蒸氣壓越大，熔點也越低3.形核：兩類均勻形核：晶核在母相中不依附任何外來物而形成;非均勻形核：核心依附于液體內存在的雜質或容器外表形成。1 均勻形核a.形核時能量變化體積自由焓變： Gv外表自由焓變： GF體積自由焓變：體積自由焓變： Gv Gv4/3r3GS-GL外表自由焓變：外表自由焓變： GF GF4r2形核總自由焓變：形核總自由焓變： G G 4/3r3GS-GL 4r2 4/3r3Lf T/T0 4r2b.臨界形核半徑：r *0GrG 4/3r3Lf T/

3、T0 4r2TLTrf02構造起伏；能量起伏；成分起伏。形核功： G*可以看出G*0c.晶核的來源：2343162203rTLTGfd.形核速率和過冷度的關系臨界過冷度 T*： 只有過冷度大于一定值時，才可能形核，這個過冷度稱為形核臨界過冷度 T*。臨界過冷度T*2 非均勻形核cosSLSCLC對形核雜質的要求： 構造相似， 大小相當。三. 凝固組織1. 凝固組織分類宏觀凝固組織：柱狀晶、等軸晶微觀凝固組織：胞狀、樹枝狀等凝固組織與溫度梯度dT/dX和結晶速度R的關系2. 凝固組織的形成大部分鋼坯的微觀凝固組織是樹枝狀的。3. 凝固組織與鋼的質量二次晶間距：表示樹枝狀組織的疏密程度； 其大小是

4、改善微觀偏析程度的標志，越小，有利于各項性能的進步。四、偏 析 偏析合金凝固時，隨著組織的形成、由于溶質的再分配將引起溶質元素與雜質元素的不均勻分布。偏析，指這種化學成分分布的不均勻性；1.偏析分類：根據偏析產生的范圍，可分為宏觀偏析和顯微偏析；1宏觀偏析區(qū)域偏析： 分為正偏析、反偏析和比重偏析等。K0的定義： 在一定溫度下,溶質在固液兩相中的平衡濃度比值稱為平衡分配系數(shù)： K0Cs/Cl正偏析正常偏析 在K01的合金系，上述情況相反;這是一種正常的凝固現(xiàn)象，故稱正常偏析；偏析程度： 凝固速度：越小，正偏析越明顯； 液體對流：越大，正偏析增強； 溶質擴散。 反負偏析 在K01的合金鑄件中，其外

5、層溶質元素含量高于內部即與正常偏析相反，故稱反偏析； 比重偏析 由合金凝固時形成的初晶相與溶液之間比重的顯著差異所引起的一種偏析； 防止：增大冷速。2 顯微偏析 可分為枝晶偏析、胞狀偏析和晶界偏析枝晶偏析晶內偏析:當合金以樹枝狀方式凝固時，溶質在枝晶干的中心和外部濃度不同； 胞狀偏析：當合金以胞狀方式生長時，溶質在胞壁處與內部濃度不同。胞狀偏析時溶質在胞內與邊界分胞狀偏析時溶質在胞內與邊界分布示意圖布示意圖晶界偏析：溶質或雜質在晶界處的富集或貧化；晶界偏析的形成2、偏析的形成：鋼液中碳、硫、磷的濃度越高，偏析越嚴重；凝固開場與終了的溫度區(qū)間越大，偏析越嚴重；鋼中偏析度最大的元素是硫，其次是磷和

6、碳； 硅和錳與鐵形成固溶體，偏析不嚴重；鑄錠重量增大，使鋼錠的物理化學不均勻性加劇。偏析帶的形成機理：外殼和鋼的平均成分一樣鋼錠心部形成正偏析縱截面上V形偏析帶和形偏析帶鋼錠下部有負偏析錐保溫帽下方正偏析區(qū)。3、減輕宏觀偏析的措施1 進步冷卻速度2 選擇適宜的錠型與錠的尺寸3 調整合金元素的種類與數(shù)量4 添加抗生劑5 完善澆注工藝。4、減輕顯微偏析的措施1進步冷卻速度2采用合理錠型，掌握正確的澆注工藝3降低有害元素、氣體及夾雜的含量4采用擴散退火或均勻化退火。1、細小等軸帶2、柱狀晶帶3、中心等軸晶區(qū)。五、凝固構造的控制1.鋼錠構造2.影響鎮(zhèn)靜鋼錠構造的因素：P3133.一般鑄坯都要求等軸細晶粒組織 各向同性，性能較為優(yōu)異；4. 抑制柱狀晶的長大