最新(技师考试材料连铸课件)34凝固结晶
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材料的结晶PPT课件
杠杆定律只适用于两相区。 例（如图）
Q 0 0 ..5 5 8 3 0 0 ..4 4 5 5 1% 0 0 6.5 1 %
Q L0 0 ..5 5 8 8 0 0 ..4 5 5 3 1% 0 0 3 材料.的5 8 结% 晶
⑶ 枝晶偏析
合金的结晶只有在缓慢冷却 条件下才能得到成分均匀的 固溶体。但实际冷速较快， 结晶时固相中的原子来不及 扩散，使先结晶出的枝晶轴 含有较多的高熔点元素（如 Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶 的枝晶间含有较多的低熔点 元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。
QL x1 + Q x2 =x
解方程组得
Q x2 x
L x x
2
1
Qα
x x1 x2 x1
式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2 (ob)、
x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长材料度的结。晶
因此两相的相对 重量百分比为：
QL
xx 2 x1x2
ob ab
Q
x1x x1x2
为晶坯。在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯 将会长大，称为晶核。
材料的结晶
晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的 晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到 液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒， 两晶粒接触后形成晶界。
2、晶核的形成方式 形核有两种方式，即自发形核和非自发形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称自发形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非自发形核。
形成这两个相的机械混
合物：LE ⇄(C + D)
A
B
在一定温度下，由一定
成分的液相同时结晶出
两个成分和结构都不相
同的新固相的转变称作
Q 0 0 ..5 5 8 3 0 0 ..4 4 5 5 1% 0 0 6.5 1 %
Q L0 0 ..5 5 8 8 0 0 ..4 5 5 3 1% 0 0 3 材料.的5 8 结% 晶
⑶ 枝晶偏析
合金的结晶只有在缓慢冷却 条件下才能得到成分均匀的 固溶体。但实际冷速较快， 结晶时固相中的原子来不及 扩散，使先结晶出的枝晶轴 含有较多的高熔点元素（如 Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶 的枝晶间含有较多的低熔点 元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。
QL x1 + Q x2 =x
解方程组得
Q x2 x
L x x
2
1
Qα
x x1 x2 x1
式中的x2-x、x2-x1、x-x1即为相图中线段xx2 (ob)、
x1x2 (ab)、 x1x(ao)的长材料度的结。晶
因此两相的相对 重量百分比为：
QL
xx 2 x1x2
ob ab
Q
x1x x1x2
为晶坯。在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的晶坯 将会长大，称为晶核。
材料的结晶
晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的 晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到 液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒， 两晶粒接触后形成晶界。
2、晶核的形成方式 形核有两种方式，即自发形核和非自发形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称自发形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非自发形核。
形成这两个相的机械混
合物：LE ⇄(C + D)
A
B
在一定温度下，由一定
成分的液相同时结晶出
两个成分和结构都不相
同的新固相的转变称作
材料的凝固PPT课件
dG S dT P
在交点温度（Tm ）：两相自由 能相等，即GL=GS平衡共存 T<Tm：液、固两相的自由能差 值是两相间发生相转变（L—S〉 的驱动力。
材料的凝固
液 固，单位体积自由能的变化Δ Gv为
（1）
G V G S G L H S T S ( S H L T L )S (H S H L ) T (S S S L )
一、液态金属的结构
1 .模型 a. 微晶无序模型（准晶体模型） b. 随机密堆模型
2 结构起时而产生，时 而消失，此起彼伏，与无序原子形成动态平衡，这种结构不 稳定现象称为结构起伏。温度越低，结构起伏尺寸越大。
材料的凝固
二、结晶过程的分析方法------热分析
材料的凝固
由模冷技术和雾化技术所得的制品 多为薄片、线体、粉末。
要得到尺寸较大得急冷凝固材料的 制品用于制造零件，还需将粉末等利用 固结成型技术如冷热挤压法、冲击波压 实法等使之在保持快冷的微观组织结构 条件下，压制成致密的制品。
材料的凝固
4、急冷凝固技术——表面快热技术
表面快热技术
即通过高密度的能束如激光或高能电子束扫描 工件表面使工件表面熔化，然后通过工件自身吸热散 热使表层得到快速冷却。
材料的凝固
一次对称轴
二次对称轴
三次对称轴
四次对称轴
五次对称轴
六次对称轴
七次对称轴
材料的凝固
八次对称轴
五次对称轴——准晶体
急冷技术的发展和研究，1984年发现了有五次对称轴的晶体，，原子 在晶体内部长程有序，具有准周期性，介于晶体与非晶体之间。
遵循形核、长大规律完成液、固转变，相变受原子扩散控制 准晶必须在一定冷速范围内形成。 Al-Mn, Al –Co , Al-Mn -Fe , Al – V , Al-Mn -Si , Pd-U-Si 合金中发现了准晶体
在交点温度（Tm ）：两相自由 能相等，即GL=GS平衡共存 T<Tm：液、固两相的自由能差 值是两相间发生相转变（L—S〉 的驱动力。
材料的凝固
液 固，单位体积自由能的变化Δ Gv为
（1）
G V G S G L H S T S ( S H L T L )S (H S H L ) T (S S S L )
一、液态金属的结构
1 .模型 a. 微晶无序模型（准晶体模型） b. 随机密堆模型
2 结构起时而产生，时 而消失，此起彼伏，与无序原子形成动态平衡，这种结构不 稳定现象称为结构起伏。温度越低，结构起伏尺寸越大。
材料的凝固
二、结晶过程的分析方法------热分析
材料的凝固
由模冷技术和雾化技术所得的制品 多为薄片、线体、粉末。
要得到尺寸较大得急冷凝固材料的 制品用于制造零件，还需将粉末等利用 固结成型技术如冷热挤压法、冲击波压 实法等使之在保持快冷的微观组织结构 条件下，压制成致密的制品。
材料的凝固
4、急冷凝固技术——表面快热技术
表面快热技术
即通过高密度的能束如激光或高能电子束扫描 工件表面使工件表面熔化，然后通过工件自身吸热散 热使表层得到快速冷却。
材料的凝固
一次对称轴
二次对称轴
三次对称轴
四次对称轴
五次对称轴
六次对称轴
七次对称轴
材料的凝固
八次对称轴
五次对称轴——准晶体
急冷技术的发展和研究，1984年发现了有五次对称轴的晶体，，原子 在晶体内部长程有序，具有准周期性，介于晶体与非晶体之间。
遵循形核、长大规律完成液、固转变，相变受原子扩散控制 准晶必须在一定冷速范围内形成。 Al-Mn, Al –Co , Al-Mn -Fe , Al – V , Al-Mn -Si , Pd-U-Si 合金中发现了准晶体
材料的凝固ppt
晶体结构
材料的晶体结构决定了其物理和化学性质，如硬 度、电导率、光学性能等。
03
材料凝固过程中的显微组 织与性能
材料的显微组织
01
晶粒大小
晶粒大小对材料的力学性能和传热性能有显著影响。细小的晶粒可以
提高材料的强度和韧性，同时降低材料的热导率。
02 03
晶界特性
晶界是材料中的界面，其结构和特性对材料的性能具有重要影响。例 如，大角度晶界可以阻碍位错运动，提高材料的强度，而小角度晶界 则有助于热扩散。
为一致的凝固组织。
在航空航天、汽车等领域，定向凝固 技术被广泛应用于制备高性能的金属
材料和合金。
通过定向凝固技术，可以获得具有优 良力学性能和抗疲劳性能的材料，提
高产品的可靠性和安全性。
快速凝固技术
快速凝固技术是一种材料加工 技术，它通过高冷却速率使材 料在短时间内凝固。
快速凝固技术可以制备出具有 微纳结构、高强度、高韧性的 材料，广泛应用于航空航天、 汽车、电子等领域。
相组成
材料的显微组织通常由多种相组成，不同相的体积分数和分布对材料 的性能产生显著影响。例如，硬质相可以提高材料的硬度，而软质相 则有助于提高材料的韧性。
材料凝固对性能的影响
力学性能
材料凝固过程中的组织演变对其力学性能具有重要影响。例如，粗大的柱状晶组 织可以提高材料的拉伸强度，但降低其韧性；而细小的等轴晶组织则可以提高材 料的韧性和冲击强度。
快速凝固技术具有短时间、高 效率的优点，可以降低生产成 本，提高材料性能。
消失模铸造技术
消失模铸造技术是一种近无余量的精确铸造方法，它采用泡沫塑料模样 代替传统金属模样，使液态金属在凝固过程中将模样全部气化消失。
消失模铸造技术具有生产周期短、成本低、精度高等优点，广泛应用于 航空航天、汽车、船舶等领域。
材料的晶体结构决定了其物理和化学性质，如硬 度、电导率、光学性能等。
03
材料凝固过程中的显微组 织与性能
材料的显微组织
01
晶粒大小
晶粒大小对材料的力学性能和传热性能有显著影响。细小的晶粒可以
提高材料的强度和韧性，同时降低材料的热导率。
02 03
晶界特性
晶界是材料中的界面，其结构和特性对材料的性能具有重要影响。例 如，大角度晶界可以阻碍位错运动，提高材料的强度，而小角度晶界 则有助于热扩散。
为一致的凝固组织。
在航空航天、汽车等领域，定向凝固 技术被广泛应用于制备高性能的金属
材料和合金。
通过定向凝固技术，可以获得具有优 良力学性能和抗疲劳性能的材料，提
高产品的可靠性和安全性。
快速凝固技术
快速凝固技术是一种材料加工 技术，它通过高冷却速率使材 料在短时间内凝固。
快速凝固技术可以制备出具有 微纳结构、高强度、高韧性的 材料，广泛应用于航空航天、 汽车、电子等领域。
相组成
材料的显微组织通常由多种相组成，不同相的体积分数和分布对材料 的性能产生显著影响。例如，硬质相可以提高材料的硬度，而软质相 则有助于提高材料的韧性。
材料凝固对性能的影响
力学性能
材料凝固过程中的组织演变对其力学性能具有重要影响。例如，粗大的柱状晶组 织可以提高材料的拉伸强度，但降低其韧性；而细小的等轴晶组织则可以提高材 料的韧性和冲击强度。
快速凝固技术具有短时间、高 效率的优点，可以降低生产成 本，提高材料性能。
消失模铸造技术
消失模铸造技术是一种近无余量的精确铸造方法，它采用泡沫塑料模样 代替传统金属模样，使液态金属在凝固过程中将模样全部气化消失。
消失模铸造技术具有生产周期短、成本低、精度高等优点，广泛应用于 航空航天、汽车、船舶等领域。
第四讲 钢液的凝固原理—结晶器、二次冷却
1.1.1 结晶器的构造
按结晶器的构造可以分直结晶器和弧形结 晶器，直结晶器主要是用在立式、立弯式 和直弧形连铸机上，而弧形结晶器是用在 全弧形和椭圆形连铸机。
按结构可分为整体结晶器、管式结晶器和 组合结晶器，第一种结晶器目前已经很少 采用，下面主要是介绍后两种结晶器。小 方坯或小矩形坯采用管式结晶器，而大方 坯、大矩形坯及板坯多采用组合结晶器。
➢ 钢水在结晶器中形成凝固坯壳及过热度的降低所放出的热 量主要是由冷却水带走的，因此要合理设定的水缝面积。 通常采用下式来计算结晶器水缝的面积F〔3〕：
➢
F 10000 QS ,
mm2
3600 v
（8）
➢ 式中 Q 结晶器单位周长耗水量，m3/(h∙m)，经验为 100~160 m3/(h∙m)；
图 5 弧形管式结晶器结构
1－结晶器外罩；2－内水套；3－润滑油管；4－结晶器铜管；5－ 放射源容器；6－盖板；7－外水套；8－给水管；排水管；10－接 受装置；11－水环；12－足辊；13－定位销
1) 结晶器铜管的内腔尺寸
若冷态铸坯的公称尺寸为a×b，a为铸坯厚度，b为弧面宽 度，at，bt为结晶器铜管上口尺寸，ab，bb为结晶器下口 尺寸，则结晶器铜管的内腔尺寸可按下式计算：
2) 结晶器铜管的壁厚
➢ 结晶器铜管要有一定的抗变形能力，同时要保证一定的传 热效果，因此要有一定的厚度，对于不同断面的铸坯，其 铜管的壁厚也不相同，随着断面的增大，铜管的壁厚也增 加，通常结晶器铜管的壁厚为10～15mm，磨损后可加工 修复，但最薄不小于3-6mm。考虑到铸坯的冷却收缩作 用，在铜管的角部要有一定的圆角过渡。
图6 组合式结晶器
1－调厚与夹紧装置；2－窄面内壁；3－宽面内壁；4－框架；5－振动框架； 6－调宽机构；7－装放射源处
连铸坯的凝固及其控制 ppt课件
PPT课件
24
2.5.3.2连铸板坯的形状缺陷及中心内裂
连铸生产的产品包括：圆钢坯、方坯、板坯以及 各种近终形产品（薄带、异型坯等）。采用连铸 坯取代模铸作轧材，从工艺角度来讲，明显提高 了钢材的收得率，因为连铸工艺完全消除了浇注 系统及冒口切损问题，使得成材率提高约 10%~15%。
PPT课件
9
铸件宏观组织分布示意图
PPT课件
10
一、拉速控制
在保证铸坯质量和安全生产的前提下，拉速主要 受铸坯凝固速度的制约。
500 500 315 约5500
Danieli Somitomo VAI 1)
7
鞍钢第三炼钢连轧厂工艺流程
转炉 LF炉 RH炉
中包
结晶器
连铸机
步进梁式 加热炉
粗轧机
保温罩 飞 剪
精轧机组
层流冷却 卷取 机
除
除
鳞
鳞
PPT课件
8
2.5.2 连铸坯的凝固
要获得性能优良的铸件，首先就要在工艺上进行 控制获得高质量的铸件，同样的道理，连铸坯质 量也是科技工作者研究的重要课题。
连续铸造
2.5 连铸坯的凝固
PPT课件
1
2.5.1 连铸 (continuous casting)
连铸，使金属液由中间包经浸入式水口不断地通 过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连 续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一 种铸造工艺。
连铸的设备以弧形连铸机钢坯连铸为例，主要有 钢包支承装置、盛钢桶(钢包)、中间罐、中间罐 车、结晶器(一次冷却装置)、结晶器振动装置、 铸坯导向和二次冷却装置、引锭杆、拉坯矫直装 置(拉矫机)、切割设备和铸坯运出装置(见辊道和 横向移送设备)等。
(技师考试材料连铸课件)34凝固结晶
内夹杂物的铁素体形核
第二节 连铸坯凝固
• 一、连铸坯凝固结构 • 二、连铸坯凝固特征
一、连铸坯凝固结构
1.激冷层 2.柱状晶带 3.中心等轴晶带
1.激冷层
• 细小的等轴晶 • 过冷度大
2.柱状晶带
• 定向传热结果
柱状晶缺点
• 过分发展 – 柱状晶搭桥
• 疏松 • 偏析
• 横向机械性能降低 • 加工易开裂
3)偏析分类
• 宏观偏析 • 微观偏析
宏观偏析
• 偏析量
–(c-c0)/c0 –正偏析
• >0
–负偏析
• <0
微观偏析
• 偏析度
–c间/c轴 –正偏析
• >1
–负偏析
• <1
4)成份过冷
• 凝固前沿过冷度减小
原碳含量0.10%, 凝固点1530℃ 冷却条件造成温度为1200 ℃，过冷度330 ℃； 偏析碳含量0.20% 凝固点1520 ℃ 冷却条件造成温度为1200 ℃，过冷度320 ℃。
2.放出气体
3.夹杂析出
• 1)夹杂危害 • 2)夹杂形成过程
– 偏析富集 – 反应 – 聚合 – 上浮
1.夹杂析出
• 3)减小危害 – 上浮
• 低熔点理论 • 吸附理论
– 控制形态
• Ca、Re • Mn/Si • Al • 加速凝固 • 减少流动
(技师考试材料连铸课件)34凝固结晶
四、晶粒大小影响因素
• 1.过冷度 • 2.液相——固相线温度差 • 3.细晶粒组织的获得
1.过冷度
• 过冷度小 – V形核<V长大
• 过冷度大 – V形核>V长大
1.过冷度
连铸工艺、设备-连铸坯凝固与传热培训课件
下过程： ⑴钢水向坯壳的对流传热； ⑵凝固坯壳中的传导传热； ⑶凝固坯壳与结晶器壁传热； ⑷结晶器壁传导传热； ⑸冷却水与结晶器壁的强制对流传热，热量
被通过水缝中高速度流动的冷却水带走。
结晶器内钢水热量传给冷却水的总热阻可表示为：
1 1 em 1 eCu 1
式中 h h1 m h0 Cu hW h—总的传热系数； hl—钢水与坯壳的对流传热系数，估算hl＝ 1W∕cm2·℃； em—凝固坯壳厚度。坯壳内温度梯度可达 550℃∕cm； λm—钢的导热系数；
水垢沉积在铜壁外表形成绝热层，增加热阻， 热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水 的沸腾。所以，结晶器必须使用软水。要 求其总盐含量≯400mg∕l，硫酸盐≯150 mg∕l，氯化物≯50mg∕l，硅酸盐 ≯40mg∕l，悬浮质点＜50mg∕l，质点尺 寸≯0.2mm，碳酸盐硬度≯1～2°Dh, pH 值为7～8。
铸坯在连铸机中从上到下运行，在二 冷区接受喷水冷却，已凝固的坯壳不 断进行线收缩，坯壳温度分布的不均 匀性，以及坯壳的鼓胀和夹辊的不完 全对中等，使凝固壳容易受到机械和 热负荷的间隙性的突变，也易使凝固 坯壳产生裂纹。
为了保证得到良好的铸坯质量，应从 铸机的设计和维护方面，尽可能保证 铸坯在运行过程中凝固壳不变形原那 么；从传热方面，就是要控制铸坯在 不同冷却区热量导出速度和坯壳的热 负荷适应于钢高温性能的变化，因此， 控制铸坯的传热是获得良好铸坯质量 的关键操作
的热量，以LP表示； ⑶显热：从固相线温度TS冷却到环境温度TO放出的
热量，CS〔TS－TO〕。
2．连铸机的三个传热冷却区 ① 一次冷却区。 钢水在水冷结晶器中形成足够厚均匀的坯壳，
以保证铸坯出结晶器不拉漏； ② 二次冷却区。 向铸坯外表喷水以加速铸坯内部热量的传递，
被通过水缝中高速度流动的冷却水带走。
结晶器内钢水热量传给冷却水的总热阻可表示为：
1 1 em 1 eCu 1
式中 h h1 m h0 Cu hW h—总的传热系数； hl—钢水与坯壳的对流传热系数，估算hl＝ 1W∕cm2·℃； em—凝固坯壳厚度。坯壳内温度梯度可达 550℃∕cm； λm—钢的导热系数；
水垢沉积在铜壁外表形成绝热层，增加热阻， 热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水 的沸腾。所以，结晶器必须使用软水。要 求其总盐含量≯400mg∕l，硫酸盐≯150 mg∕l，氯化物≯50mg∕l，硅酸盐 ≯40mg∕l，悬浮质点＜50mg∕l，质点尺 寸≯0.2mm，碳酸盐硬度≯1～2°Dh, pH 值为7～8。
铸坯在连铸机中从上到下运行，在二 冷区接受喷水冷却，已凝固的坯壳不 断进行线收缩，坯壳温度分布的不均 匀性，以及坯壳的鼓胀和夹辊的不完 全对中等，使凝固壳容易受到机械和 热负荷的间隙性的突变，也易使凝固 坯壳产生裂纹。
为了保证得到良好的铸坯质量，应从 铸机的设计和维护方面，尽可能保证 铸坯在运行过程中凝固壳不变形原那 么；从传热方面，就是要控制铸坯在 不同冷却区热量导出速度和坯壳的热 负荷适应于钢高温性能的变化，因此， 控制铸坯的传热是获得良好铸坯质量 的关键操作
的热量，以LP表示； ⑶显热：从固相线温度TS冷却到环境温度TO放出的
热量，CS〔TS－TO〕。
2．连铸机的三个传热冷却区 ① 一次冷却区。 钢水在水冷结晶器中形成足够厚均匀的坯壳，
以保证铸坯出结晶器不拉漏； ② 二次冷却区。 向铸坯外表喷水以加速铸坯内部热量的传递，
钢液凝固原理(连铸技师培训)
科目钢液凝固原理基本课题第一讲金属结晶的条件授课日期07年9月7日，9月8日课时 4授课方式讲解法授课班级连铸技师班选用教具无教学目的掌握金属结晶的热力学条件，动力学条件，金属的结晶过程，晶核的形成方式及条件，晶体的长大方式，晶粒大小对金属性能的影响，结晶过程中晶粒的控制教学重点金属结晶的动力学条件，结晶过程中晶粒的控制教学难点晶核的形成方式及长大方式授课内容金属结晶的条件新课引入钢液的凝固是一个复杂的物理化学变化过程，伴随有形态、体积、组织结构、性能、成分的变化。
一、液态金属的冷却曲线（三种不同冷却曲线）结晶过程中的热：结晶潜热（相变热）和逸散热（向周围环境的散热）1、结晶潜热=散热冷却速度很慢的平衡冷却结晶在恒温下进行冷却曲线出现水平台阶2、晶潜热＞散热冷却速度较快结晶过程中出现温度回升3、晶潜热＜散热冷却速度很快结晶过程温度在不断下降（小体积或局部区域）附：说明相变热和结晶潜热、理论结晶温度T m和实际结晶温度T n 过冷度△T的概念二、结晶的热力学条件热力学第二定律：在等温等压过程中，体系的自发过程沿着自由能减少的方向进行自由能G=H-TS （H—热焓S—熵T—绝对温度）即△G＜0对于固体其G固= H固-TS固与温度的关系见下图对于液体其G液= H液-TS液与温度的关系见下图G L，Gs随T↑而↓但G L↓>Gs. ↓相交点对应的温度为Tm。
讨论：1) T=Tm时，G L=Gs △G=0 动态平衡，不熔化也不结晶；相交点对应的温度为Tm。
2) T<Tm时，G L<Gs △G＜0 L→S 结晶3) T>Tm时，G L>Gs △G＞0 S→L 熔化可见，结晶的热力学条件是：G L<Gs 或ΔG = Gs—G L<0结晶满足了热力学条件只是说明结晶具备了可能性，但能不能实现还依赖于动力学条件三、结晶的动力学条件1、金属的结晶过程结晶的一般过程是由形核和长大两个过程交错从叠组合而成的过程。
凝固与结晶详解演示文稿
形核称之为非自发形核。
1.能量变化
ΔG=ΔGv*V+(бLS*ALS+бSB*ASB-бLB*ASB)
V r3( 2 3cos cos3 )
3
AL/ S 2r 2 (1 cos ) AS / B r 2 sin 2
L/ B S / B L/ S cos
第15页，共123页。
第二节 形核
2. 熔融液体的粘度：粘度表征流体中发生相对运动的阻力，随温度降低， 粘度不断增加，在到达结晶转变温度前，粘度增加到能阻止在重力作 用物质发生流动时，即可以保持固定的形状，这时物质已经凝固，不 能发生结晶。例如玻璃、高分子材料。
3. 熔融液体的冷却速度：冷却速度快，到达结晶温度原子来不及重新排 列就降到更低温度，最终到室温时难以重组合成晶体，可以将无规则
向的分支可能出现小的角度差，互相结合时会留下位错； ③或材料中含 有杂质，在结晶时固体中的杂质比液体少，最后不同层次的分枝杂 质含量不相同，其组织中可见树枝晶。
第21页，共123页。
第三节 晶核的长大
五、非金属晶体的长大
在正温度梯度下，等温面和有利的晶体表面不相同时，界面会 分解为台阶形。
在表面的台阶处有利晶体的生长， 这时原子从液体转移到固体中增加的 表面积较小，台阶填充完后在表面生 长也需要一定的临界尺寸，表现为非 金属生长的动态过冷度比金属大，可
三、非自发形核
1. 能量变化
G非
G均
•
2
3cos
4
cos3
令 d (G) 0 dr
可以得到
rk
2
GV
2. 作用效果
1)过冷度 自发形核与非自发形核的临界半径相同，随着过冷度的增加临 界半径减小，形核率将明显上升。
1.能量变化
ΔG=ΔGv*V+(бLS*ALS+бSB*ASB-бLB*ASB)
V r3( 2 3cos cos3 )
3
AL/ S 2r 2 (1 cos ) AS / B r 2 sin 2
L/ B S / B L/ S cos
第15页，共123页。
第二节 形核
2. 熔融液体的粘度：粘度表征流体中发生相对运动的阻力，随温度降低， 粘度不断增加，在到达结晶转变温度前，粘度增加到能阻止在重力作 用物质发生流动时，即可以保持固定的形状，这时物质已经凝固，不 能发生结晶。例如玻璃、高分子材料。
3. 熔融液体的冷却速度：冷却速度快，到达结晶温度原子来不及重新排 列就降到更低温度，最终到室温时难以重组合成晶体，可以将无规则
向的分支可能出现小的角度差，互相结合时会留下位错； ③或材料中含 有杂质，在结晶时固体中的杂质比液体少，最后不同层次的分枝杂 质含量不相同，其组织中可见树枝晶。
第21页，共123页。
第三节 晶核的长大
五、非金属晶体的长大
在正温度梯度下，等温面和有利的晶体表面不相同时，界面会 分解为台阶形。
在表面的台阶处有利晶体的生长， 这时原子从液体转移到固体中增加的 表面积较小，台阶填充完后在表面生 长也需要一定的临界尺寸，表现为非 金属生长的动态过冷度比金属大，可
三、非自发形核
1. 能量变化
G非
G均
•
2
3cos
4
cos3
令 d (G) 0 dr
可以得到
rk
2
GV
2. 作用效果
1)过冷度 自发形核与非自发形核的临界半径相同，随着过冷度的增加临 界半径减小，形核率将明显上升。
(技师考试材料连铸课件)35凝固结晶
• 热应力 • 组织(相变)应力 • 机械应力
热应力
• 表面内部温度不同 • 变化
• 二冷区 – 外拉内压
• 表面裂纹
• 二冷区后 – 外压内拉
• 中心裂纹
• C高应力小
变化
组织(相变)应力
• 因相变体积变化出应力 • 变化
铁的同素异晶转变
铁的同素异晶转变
>1538 ℃ 液体 1538～1394℃ 体心立方 1394～912 ℃ 面心立方 <912 ℃ 体心立方
• 1)夹杂危害 • 2)夹杂形成过程
– 偏析富集 – 反应 – 聚合 – 上浮
1.夹杂析出
• 3)减小危害 – 上浮
• 低熔点理论 • 吸附理论
– 控制形态
• Ca、Re • Mn/S • Al • 加速凝固 • 减少流动
4.体积收缩
• 1)产生气隙 弯月面
– 保护渣性能 – 挑渣条
2)收缩类型及影响
• 减少凝固时间 ➢ 加快冷却速度－－工艺 ➢ 降低注温－－ 工艺 ➢ 减小鼓肚－－ 工艺、设备 ➢ 减小铸坯断面－－设备 • 控制钢液流动 ➢ 电磁搅拌－－设备
➢ 凝固末端轻压下－－设备 ➢ 凝固末端强制冷却－－工艺
• 减少P、S、C
• 气体危害 – 气泡
• 爪裂
– 白点 – 时效
2.放出气体
3.夹杂析出
重要转变
• 1)共析转变 A－>F+Fe3C
体积膨胀
包晶转变对铸坯裂纹的影响
• 2)包晶转变 L+δ----->A
体积收缩
δ
A
变化
• 开始 – 外压内拉
• 后期 – 外拉内压
• 钢坯开裂
• 高C、高合金应力 大
热应力
• 表面内部温度不同 • 变化
• 二冷区 – 外拉内压
• 表面裂纹
• 二冷区后 – 外压内拉
• 中心裂纹
• C高应力小
变化
组织(相变)应力
• 因相变体积变化出应力 • 变化
铁的同素异晶转变
铁的同素异晶转变
>1538 ℃ 液体 1538～1394℃ 体心立方 1394～912 ℃ 面心立方 <912 ℃ 体心立方
• 1)夹杂危害 • 2)夹杂形成过程
– 偏析富集 – 反应 – 聚合 – 上浮
1.夹杂析出
• 3)减小危害 – 上浮
• 低熔点理论 • 吸附理论
– 控制形态
• Ca、Re • Mn/S • Al • 加速凝固 • 减少流动
4.体积收缩
• 1)产生气隙 弯月面
– 保护渣性能 – 挑渣条
2)收缩类型及影响
• 减少凝固时间 ➢ 加快冷却速度－－工艺 ➢ 降低注温－－ 工艺 ➢ 减小鼓肚－－ 工艺、设备 ➢ 减小铸坯断面－－设备 • 控制钢液流动 ➢ 电磁搅拌－－设备
➢ 凝固末端轻压下－－设备 ➢ 凝固末端强制冷却－－工艺
• 减少P、S、C
• 气体危害 – 气泡
• 爪裂
– 白点 – 时效
2.放出气体
3.夹杂析出
重要转变
• 1)共析转变 A－>F+Fe3C
体积膨胀
包晶转变对铸坯裂纹的影响
• 2)包晶转变 L+δ----->A
体积收缩
δ
A
变化
• 开始 – 外压内拉
• 后期 – 外拉内压
• 钢坯开裂
• 高C、高合金应力 大
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V
3.分阶段凝固 4.长度方向结构均匀
二、连铸坯凝固特征
二、连铸坯凝固特征
三、凝固过程现象
1.偏析 2.放出气体 3.夹杂析出 4.体积收缩 5.应力
1.偏析(选择结晶、选份结晶)
1)偏析原因 2)偏析定义 3)偏析分类 4)成分过冷 5)偏析减少措施
1)偏析原因
• 液相溶解度大 • 固相溶解度小
降低晶粒尺寸
变形再结晶
内夹杂物的铁素体形核
第二节 连铸坯凝固
• 一、连铸坯凝固结构 • 二、连铸坯凝固特征
一、连铸坯带
1.激冷层
• 细小的等轴晶 • 过冷度大
2.柱状晶带
• 定向传热结果
柱状晶缺点
• 过分发展 – 柱状晶搭桥
• 疏松 • 偏析
场所：细胞质基质
C6H12O6 酶
2CH3COCOOH +4 [H] + 能量
（丙酮酸）
（少量）
② 丙酮酸彻底分解
2CH3COCOOH （丙酮酸）
场所：线粒体
酶 +6H2O
6CO2 +20 [H] + 能量
（少量）
③ [H]的氧化
酶 24[H] + 6O2
场所：线粒体 12H2O + 能量（大量）
Back
长 的 时 间 隧 道，袅
技师考试材料连铸课件)34凝固结晶
四、晶粒大小影响因素
• 1.过冷度 • 2.液相——固相线温度差 • 3.细晶粒组织的获得
3.细晶粒组织的获得
• 增大过冷度 ——减小浇注温度
• 减小两相区宽度 • 加入异质晶核
设问
• 铁的同素异晶转变对晶粒度的影响
增加冷却速率
• 横向机械性能降低 • 加工易开裂
中心等轴晶带
• 粗大的等轴晶 • 过冷度小
中心等轴晶带
• 扩大措施 – 电磁搅拌
• 溶化树枝晶根部 • 折断树枝晶
– 加入形核剂
• 小钢块
– 喂丝、喷粉
• 稀土
– 低温浇注
连铸坯结构
二、连铸坯凝固特征
1.铸坯结构受冷却影响
2.存在液相穴－－凝固定律 K t K L
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
5)偏析减少措施
• 减少凝固时间 ➢ 加快冷却速度－－工艺 ➢ 降低注温－－ 工艺 ➢ 减小鼓肚－－ 工艺、设备 ➢ 减小铸坯断面－－设备 • 控制钢液流动 ➢ 电磁搅拌－－设备
➢ 凝固末端轻压下－－设备 ➢ 凝固末端强制冷却－－工艺
• 减少P、S、C
• 气体危害 – 气泡
• 爪裂
– 白点 – 时效
有氧呼吸
❖ 有氧呼吸是指细胞在氧的参与 下，通过多种酶的催化作用，把葡 萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 二氧化碳和水，释放能量，生成许 多ATP的过程。
有氧呼吸总反应方程式
C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2+ 12H2O + 能量
1 有氧呼吸
有氧呼吸的过程
1.1有氧呼吸过程
① 葡萄糖的初步分解
例：大多数植物、酵母菌
Back
3.4 有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系
2.放出气体
3.夹杂析出
• 1)夹杂危害 • 2)夹杂形成过程
– 偏析富集 – 反应 – 聚合 – 上浮
1.夹杂析出
• 3)减小危害 – 上浮
• 低熔点理论 • 吸附理论
– 控制形态
• Ca、Re • Mn/Si • Al • 加速凝固 • 减少流动
细胞呼吸
一 细胞呼吸的类型
细胞呼吸
包 括
有氧呼吸 无氧呼吸
A.乳酸发酵
酶
C6H12O6
2CH3COCOOH（丙酮酸） +4 [H] + 能量
酶
2C3H6O3（乳酸） + 能量
例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马 铃薯块茎、甜菜块根等）
B.酒精发酵
C6H12O6 酶 酶
2CH3COCOOH（丙酮酸）+4 [H] + 能量 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量
2 无氧呼吸
无氧呼吸是指细胞在无氧条件下， 通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物 分解为不彻底的氧化产物，同时释放出 少量能量的过程。
无氧呼吸
1.过程
① 葡萄糖的初步分解
场所：细胞质基质
酶 C6H12O6
2CH3COCOOH +4 [H] + 能量
（丙酮酸）
（少量）
☆与有氧呼吸第一阶段相同!!
② 丙酮酸不彻底分解 场所：细胞质基质
2)偏析定义
• 成份不均匀现象
3)偏析分类
• 宏观偏析 • 微观偏析
宏观偏析
• 偏析量
–(c-c0)/c0 –正偏析
• >0
–负偏析
• <0
微观偏析
• 偏析度
–c间/c轴 –正偏析
• >1
–负偏析
• <1
4)成份过冷
• 凝固前沿过冷度减小
原碳含量0.10%, 凝固点1530℃ 冷却条件造成温度为1200 ℃，过冷度330 ℃； 偏析碳含量0.20% 凝固点1520 ℃ 冷却条件造成温度为1200 ℃，过冷度320 ℃。
3.分阶段凝固 4.长度方向结构均匀
二、连铸坯凝固特征
二、连铸坯凝固特征
三、凝固过程现象
1.偏析 2.放出气体 3.夹杂析出 4.体积收缩 5.应力
1.偏析(选择结晶、选份结晶)
1)偏析原因 2)偏析定义 3)偏析分类 4)成分过冷 5)偏析减少措施
1)偏析原因
• 液相溶解度大 • 固相溶解度小
降低晶粒尺寸
变形再结晶
内夹杂物的铁素体形核
第二节 连铸坯凝固
• 一、连铸坯凝固结构 • 二、连铸坯凝固特征
一、连铸坯带
1.激冷层
• 细小的等轴晶 • 过冷度大
2.柱状晶带
• 定向传热结果
柱状晶缺点
• 过分发展 – 柱状晶搭桥
• 疏松 • 偏析
场所：细胞质基质
C6H12O6 酶
2CH3COCOOH +4 [H] + 能量
（丙酮酸）
（少量）
② 丙酮酸彻底分解
2CH3COCOOH （丙酮酸）
场所：线粒体
酶 +6H2O
6CO2 +20 [H] + 能量
（少量）
③ [H]的氧化
酶 24[H] + 6O2
场所：线粒体 12H2O + 能量（大量）
Back
长 的 时 间 隧 道，袅
技师考试材料连铸课件)34凝固结晶
四、晶粒大小影响因素
• 1.过冷度 • 2.液相——固相线温度差 • 3.细晶粒组织的获得
3.细晶粒组织的获得
• 增大过冷度 ——减小浇注温度
• 减小两相区宽度 • 加入异质晶核
设问
• 铁的同素异晶转变对晶粒度的影响
增加冷却速率
• 横向机械性能降低 • 加工易开裂
中心等轴晶带
• 粗大的等轴晶 • 过冷度小
中心等轴晶带
• 扩大措施 – 电磁搅拌
• 溶化树枝晶根部 • 折断树枝晶
– 加入形核剂
• 小钢块
– 喂丝、喷粉
• 稀土
– 低温浇注
连铸坯结构
二、连铸坯凝固特征
1.铸坯结构受冷却影响
2.存在液相穴－－凝固定律 K t K L
进 入 夏 天 ，少 不了一 个热字 当头， 电扇空 调陆续 登场， 每逢此 时，总 会想起 那 一 把 蒲 扇 。蒲扇 ，是记 忆中的 农村， 夏季经 常用的 一件物 品。 记 忆 中 的故 乡 ， 每 逢 进 入夏天 ，集市 上最常 见的便 是蒲扇 、凉席 ，不论 男女老 少，个 个手持 一 把 ， 忽 闪 忽闪个 不停， 嘴里叨 叨着“ 怎么这 么热” ，于是 三五成 群，聚 在大树 下 ， 或 站 着 ，或随 即坐在 石头上 ，手持 那把扇 子，边 唠嗑边 乘凉。 孩子们 却在周 围 跑 跑 跳 跳 ，热得 满头大 汗，不 时听到 “强子 ，别跑 了，快 来我给 你扇扇 ”。孩 子 们 才 不 听 这一套 ，跑个 没完， 直到累 气喘吁 吁，这 才一跑 一踮地 围过了 ，这时 母 亲总是 ，好似 生气的 样子， 边扇边 训，“ 你看热 的，跑 什么？ ”此时 这把蒲 扇， 是 那 么 凉 快 ，那么 的温馨 幸福， 有母亲 的味道 ！ 蒲 扇 是 中 国传 统工艺 品，在 我 国 已 有 三 千年多 年的历 史。取 材于棕 榈树， 制作简 单，方 便携带 ，且蒲 扇的表 面 光 滑 ， 因 而，古 人常会 在上面 作画。 古有棕 扇、葵 扇、蒲 扇、蕉 扇诸名 ，实即 今 日 的 蒲 扇 ，江浙 称之为 芭蕉扇 。六七 十年代 ，人们 最常用 的就是 这种， 似圆非 圆 ， 轻 巧 又 便宜的 蒲扇。 蒲 扇 流 传 至今， 我的记 忆中， 它跨越 了半个 世纪， 也 走 过 了 我 们的半 个人生 的轨迹 ，携带 着特有 的念想 ，一年 年，一 天天， 流向长
5)偏析减少措施
• 减少凝固时间 ➢ 加快冷却速度－－工艺 ➢ 降低注温－－ 工艺 ➢ 减小鼓肚－－ 工艺、设备 ➢ 减小铸坯断面－－设备 • 控制钢液流动 ➢ 电磁搅拌－－设备
➢ 凝固末端轻压下－－设备 ➢ 凝固末端强制冷却－－工艺
• 减少P、S、C
• 气体危害 – 气泡
• 爪裂
– 白点 – 时效
有氧呼吸
❖ 有氧呼吸是指细胞在氧的参与 下，通过多种酶的催化作用，把葡 萄糖等有机物彻底氧化分解，产生 二氧化碳和水，释放能量，生成许 多ATP的过程。
有氧呼吸总反应方程式
C6H12O6+6H2O+6O2
酶
6CO2+ 12H2O + 能量
1 有氧呼吸
有氧呼吸的过程
1.1有氧呼吸过程
① 葡萄糖的初步分解
例：大多数植物、酵母菌
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3.4 有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系
2.放出气体
3.夹杂析出
• 1)夹杂危害 • 2)夹杂形成过程
– 偏析富集 – 反应 – 聚合 – 上浮
1.夹杂析出
• 3)减小危害 – 上浮
• 低熔点理论 • 吸附理论
– 控制形态
• Ca、Re • Mn/Si • Al • 加速凝固 • 减少流动
细胞呼吸
一 细胞呼吸的类型
细胞呼吸
包 括
有氧呼吸 无氧呼吸
A.乳酸发酵
酶
C6H12O6
2CH3COCOOH（丙酮酸） +4 [H] + 能量
酶
2C3H6O3（乳酸） + 能量
例：高等动物、乳酸菌、高等植物的某些器官（马 铃薯块茎、甜菜块根等）
B.酒精发酵
C6H12O6 酶 酶
2CH3COCOOH（丙酮酸）+4 [H] + 能量 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2 + 能量
2 无氧呼吸
无氧呼吸是指细胞在无氧条件下， 通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物 分解为不彻底的氧化产物，同时释放出 少量能量的过程。
无氧呼吸
1.过程
① 葡萄糖的初步分解
场所：细胞质基质
酶 C6H12O6
2CH3COCOOH +4 [H] + 能量
（丙酮酸）
（少量）
☆与有氧呼吸第一阶段相同!!
② 丙酮酸不彻底分解 场所：细胞质基质
2)偏析定义
• 成份不均匀现象
3)偏析分类
• 宏观偏析 • 微观偏析
宏观偏析
• 偏析量
–(c-c0)/c0 –正偏析
• >0
–负偏析
• <0
微观偏析
• 偏析度
–c间/c轴 –正偏析
• >1
–负偏析
• <1
4)成份过冷
• 凝固前沿过冷度减小
原碳含量0.10%, 凝固点1530℃ 冷却条件造成温度为1200 ℃，过冷度330 ℃； 偏析碳含量0.20% 凝固点1520 ℃ 冷却条件造成温度为1200 ℃，过冷度320 ℃。