金屬鑄錠的組織與缺陷（V18版）

2-3金屬鑄錠的組織與缺陷2-3Microstructure

anddefectofsolidifiedmetal無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械技術(shù)學(xué)院無錫(中國)Contact:yujc@

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anddefectofsolidifiedmetal2-3金屬鑄錠的組織與缺陷1、金屬結(jié)晶后的組織統(tǒng)稱鑄態(tài)組織。

2、鑄錠的鑄態(tài)組織是指晶粒的形態(tài)、大小、取向及缺陷(疏松、夾雜、氣孔等)和界面的形貌等，組織決定性能。

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anddefectofsolidifiedmetal一、鑄錠三晶區(qū)的形成表層細晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)、心部等軸晶區(qū)

Metallgraphy鑄錠組織示意圖1-細晶區(qū)2-柱狀晶區(qū)3-等軸晶區(qū)鑄錠組織2006200720082009中間柱狀晶粒層表面細晶粒層中心等軸晶粒層

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Metallgraphy（一）表層細晶區(qū)形成原因：（1）過冷度ΔT大。（2）模壁作為非均勻形核的位置。特點：——晶粒細小，組織致密，機械性能好，——薄，無實用意義

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Metallgraphy（二）中間柱狀晶區(qū)形成原因：

(1)細晶區(qū)形成后，模壁溫度升高，結(jié)晶前沿過冷度ΔT較低，不易形成新的晶核；

(2)細晶區(qū)中某些取向有利的晶?？梢燥@著長大；(3)晶體沿垂直于模壁(散熱最快)相反方向擇優(yōu)生長成柱狀晶。

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Metallgraphy特點：組織粗大而致密；為“鑄造織構(gòu)”鑄造織構(gòu)：鑄造過程中形成的一種晶體學(xué)位向一致的鑄態(tài)組織稱為鑄造織構(gòu)。

——又稱“結(jié)晶織構(gòu)”

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Metallgraphy注意：晶粒外形(外貌)與晶粒取向的差別另有：形變織構(gòu)柱狀晶區(qū)中：晶粒的<001>一致取向細晶區(qū)中：晶粒的<001>無序取向最大散熱方向

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Metallgraphy（三）中心等軸晶區(qū)形成原因：（1）液體溫度全部降到結(jié)晶溫度以下，可同時形核。（2）未熔雜質(zhì)、沖斷的枝晶分枝可作為非均勻形核的核心。（3）散熱失去了方向性，各方向長大速度相差不大。

—長成等軸晶。

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等軸晶

柱狀晶優(yōu)點：無方向性，無明顯弱面，熱加工性能好。缺點：顯微縮孔多，致密性差。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)致密缺點：

1、由于結(jié)晶位向一致，性能有方向性，熱加工性能差

2、兩個不同方向柱狀晶的結(jié)合處雜質(zhì)多、強度低，稱為弱面，熱軋時易破斷。

等軸晶和柱狀晶體性能比較

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Metallgraphy二、

鑄錠組織的控制一般有三個晶區(qū)，凝固條件復(fù)雜，在某些情況下只有柱狀晶區(qū)，而有的只有等軸晶區(qū)。塑性好金屬鋁、銅等——發(fā)展柱狀晶塑性相對較低的金屬、鋼等——發(fā)展等軸晶

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Metallgraphy（一）促進柱狀晶生長的方法：總體：(1)加大液相沿垂直鑄錠模壁方向的散熱能力

——促進散熱的方向性(2)降低液相內(nèi)部非均勻形核的可能性

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anddefectofsolidifiedmetal具體方法：

(1)降低鑄錠模的冷卻能力。如：砂型模代替金屬模；增加金屬鑄模的厚度等

注意：此方法僅適于尺寸較大的鑄件，但不適于尺寸較小的鑄件

原因：鑄模冷卻能力很大，反而會促進等軸晶的發(fā)展（增加形核率），細化晶粒。例：連鑄小截面鋼坯時，采用水冷結(jié)晶器，連鑄錠全部獲得細小的等軸晶粒。

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Metallgraphy（2）提高鑄模中心區(qū)溫度，增大溫度梯度。

具體：提高澆注溫度與澆注速度。

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Metallgraphy（3）提高熔化溫度，減少非均勻形核數(shù)目。熔化溫度越高，液態(tài)金屬過熱度越大，非金屬夾雜物溶解越多，從而減少了柱狀晶前沿液體中形核的可能性，有利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。

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anddefectofsolidifiedmetal例如：

1、磁性鐵合金<001>方向?qū)Т怕首畲螅鶢罹У囊淮屋S正好也是這個方向。

——發(fā)展柱狀晶，獲得最好的磁學(xué)性能。

2、燃氣輪機葉片，其負荷具有方向性，要求在葉片軸線方向有較高的強度。

——使柱狀晶的長度方向和葉片軸線方向平行。（二）控制鑄錠組織在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

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anddefectofsolidifiedmetal柱狀晶制備

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17燃氣輪機葉片定向凝固生產(chǎn)技術(shù)與裝置葉片感應(yīng)加熱爐

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單晶制備方法

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Metallgraphy（三）、發(fā)展等軸晶，限制柱狀晶的方法降低澆注溫度和澆注速度，減小液體過熱度，在液體中保留較多非均勻形核核心；小鑄件：可用↑過冷度的方法↑形核率；大鑄件：變質(zhì)處理；

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anddefectofsolidifiedmetal鑄錠的缺陷：（一）縮孔液態(tài)合金在冷凝過程中，若其液態(tài)收縮和凝固收縮所縮減的容積得不到補充，則在鑄件最后凝固的部位形成一些孔洞。大而集中的稱為縮孔，細小而分散的稱為縮松。集中縮孔、二次縮孔；分散縮孔（縮松）。集中縮孔形成過程示意圖

當(dāng)液態(tài)金屬澆入鑄型后，與型壁接觸的液體先結(jié)晶，中心部分的液體后結(jié)晶，先結(jié)晶部分的體積收縮可以由尚未結(jié)晶的液態(tài)金屬來補充，而最后結(jié)晶部分的體積收縮則得不到補充，形成集中縮孔。

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當(dāng)鑄錠上部已先凝固，而下部仍處于液體狀態(tài)，當(dāng)其凝固收縮時得不到液體的及時補充，因此便形成二次縮孔。為了縮短縮孔的長度，使鑄錠時收縮盡可能地提高到頂部，從而減少切頭率，提高材料的利用率。通常采用的方法為：

加快底部的冷卻速度，使凝固盡可能地自下而上進行；在鑄錠頂部加保溫冒口，使鑄錠上部的液體最后凝固，收縮時可以得到液體的補充，把縮孔集中到頂部的保溫冒口中。鑄錠中的二次縮孔示意圖

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23分散縮孔（縮松）大多數(shù)金屬結(jié)晶時，是以樹枝晶方式長大的，在柱狀晶，尤其是在粗大的中心等軸晶形成過程中，由于樹枝晶的充分發(fā)展以及各枝晶間相互穿插和相互封鎖作用，使一部分液體被孤立分割于各枝晶之間，凝固收縮時得不到液體的補充，于是在結(jié)晶結(jié)束之后，便在這些區(qū)域形成許多分散的顯微縮孔，稱為縮松。縮松使鑄錠的致密度降低，在一般情況下，縮松處沒有雜質(zhì)，表面也未被氧化，在熱壓力加工時可以焊合。

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anddefectofsolidifiedmetal鑄錠的缺陷：（二）氣孔金屬在液態(tài)下比在固態(tài)下溶解氣體多。液態(tài)金屬凝固時，如果所析出的氣體來不及逸出，就會保留在鑄錠內(nèi)部，形成氣孔。內(nèi)表面未被氧化的氣孔在熱段或熱軋時可以焊合，如發(fā)生氧化，則必須去除。（三）夾雜物外來夾雜物內(nèi)生夾雜物

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