第一章 快速凝固技术
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第一章 快速凝固技术
主要内容： 第一节、材料凝固加工技术简介
1、材料凝固加工技术的发展 2、典型的材料凝固加工技术 第二节、快速凝固技术概论
1、快速凝固技术的发展过程 2、快速凝固的定义 3、实现快速凝固的工艺途径 4、快速凝固的组织特点及产 品特征 第三节、急冷快速凝固 1、急冷快速凝固原理
（1）过冷的概念及影响过冷的因 素
对于快速凝固过程，采用适当的假设和边界条 件解热平衡方程式，可求解冷却速度。也可采 用热电偶和示波器实测，或者通过测量试样的 枝状晶二次枝晶间距和共晶层间距，求出凝固 速度，再运用凝固速度和冷却速度的关系式求 出冷却速度。
注：冷却速率的数据很少进行直接测量。常用 的方法是测量凝固后的枝晶臂间距，然后估算 冷却速率。
度从而提高凝固时的冷速，使熔体凝固时间极短，并只能在 远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度 和凝固速度。具体实现这一方法的技术称为急冷凝固技术。
另一种方法是“热力学”的方法，即针对通常铸造合金都是 在非均匀形核条件下凝固因而使合金凝固的过冷度很小的问 题，设法提供近似均匀形核(自发形核)的条件。在这种条件 下凝固时，尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷 度从而提高凝固速度。具体实现这种方法的技术称为大过冷 技术。
快速凝固技术是目前冶金工艺和金属材料专业的重 要领域。
经过快速凝固而获得的合金，具有不同组织结构， 包括过饱和固溶体、超细组织、亚稳相、微晶、纳 米晶、非晶态的合金，正在成为一种具有重要发展 前景的新材料。
快速凝固技术既是研究开发新材料的手段，也是新 材料生产方法的基础，同时还是提高产品质量、降 低生产成本的好途径。
➢ 也就是说，如果这些亚稳相的晶体结构与平衡相图上相邻 的某一中间相的结构极为相似，则可看成是大过冷下中间 相的亚稳浓度扩大的结果。另一方面，也可能形成某些在 平衡相图上完全不出现的亚稳相。对于具体的一种快速凝 固的合金来说，究竟出现了哪一种亚稳组织，自然决定于 冷却速度与过冷度。
5、形成非晶态 液态合金经过快速凝固而形成非晶态合金是非
三、快速凝固组织的特点
不同材料快速凝固的显微结构的差别相当大，也相当 错综复杂。现将其主要特点总结如下：
1、细化凝固组织 快速凝固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0.1~1.0μm，甚至可获得微晶乃至纳米 晶。 因为结晶过程是一个不断形核和晶核不断长大的过程，而 在很大的过冷度下达到很高的形核率，但是其生长的时间 又极短。因此，大的过冷度不仅可细化枝晶，而且由于形 核速率的增大可使晶粒细化，致使某些合金晶粒细化。
例如， 采用快速凝固粉末制备工具钢，可细化碳化物并消 除其宏观偏析，并可提高合金含量，因而可提高其工艺性 能和使用性能。
2、制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料
例如，超合金和Cu-10%Sn青铜等热加工性能差(易产 生龟裂)的材料。通过快速冷却减少偏析、细化组织，就可 提高变形性能，实现热加工；又如温度保险丝用Pb-Bi共晶 合金等细线强度低，拔丝困难，可采用旋转水纺线法制备。
6、高的点缺陷密度
固态金属中点缺陷密度随着温度的上升而增大，其关系式为
c exp(QF / RT)
式中，c为点缺陷密度；为摩尔缺陷形成能。
金属熔化以后，在液态下上述关系已失去了确切 的含义。由于原子有序程度的突然降低，液态金 属中的“缺陷密度”当然要比同温度下的固态金 属高得多，而在快速凝固的过程中，则会较多地 保存在固态金属中。
一、材料凝固加工技术的发展 材料凝固的理论与实践已远远超出单纯铸
造的学科范畴，它已成为材料学科共同关心的 课题，并成为制备新材料的重要手段。
凝固科学与工程的内涵极为浩翰，它的宏 观与微观过程极其复杂，与材料的发展相结合 更会出现许许多多的新现象和各种各样的组织 结构。
1、凝固材料体系
随着以现代科学理论为根基的凝固过程研究的发展， 凝固技术取得了长足的进步，形成了一个较为完整的凝 固材料体系：
采用快速凝固技术（例如用基体表面冷淬法）， 冷却速率可达106~109K/s。
定义1：由液态到固态的某一确定冷却速率值(如 大于104K/s)来定义快速凝固。
定义2：由液相到固相的凝固过程相当快，从而 获得了普通铸件或铸锭无法获得的成分、相结构 和显微结构的过程。
定义3：指在比常规工艺过程中快得多的冷却速 度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固 态的过程。
2、减小偏析
随着凝固速率的增大，溶质的分配系数将偏离平衡。通常当 凝固速率达到1m/s时，实际溶质分配系数将明显偏离平衡 值，且总的趋势是，不管溶质分配系数k>1或k<1，实际溶 质分配系数总是随着凝固速率的增大而趋近于1，偏析倾向 减少。
很多快速凝固合金，如果冷速不够，局部区域也会出现胞状晶或树枝晶， 但这些胞状晶或树枝晶与常规合金比已大大细化，枝晶臂间距可能只有， 因此表现出的显微偏析也很小。但在某些合金中可能发生平面型凝固， 从而获得完全均匀的显微结构。如果凝固速率超过了界面上溶质原子的 扩散速率，即进入完全的“无偏析、无扩散凝固”，可获得完全不存在 任何偏析的合金。
种液固相变过程，是无序结构熔体到有序结构晶 体的转变，是熔体受控下有方向性的单向凝固过 程，现已发展为独立的，最活跃的学科之一。
许多重要的晶体材料如Si，Ge，GaAs，LiNbO3， Nd:YAG，Nd，Cr:GSGG，Al2O3，LaAlO3， 碱及碱土金属卤化物等多采用这种方法。
4、快速凝固 快速凝固是凝固科学与工程中目前最为活跃的领
二、快速凝固的定义
工业冷却速率的范围是10-3~10K/s 。 大型铸件的冷却速率约为10-3~10-1K/s ，中等铸
件约为10K/s ，薄型铸件达到102K/s，更高的冷 却速度则要采用特殊的凝固技术来获得。
生产金属粉末的普通气体雾化工艺，其冷却速率 可达103K/s，普通水雾化达104K/s。
d.快速凝固还可使不锈钢具有良好的抗辐射性能 及在高浓度氦气氛中不易膨胀的特性，因而可成 为理想的核反应内壁结构材料。
五、快速凝固的用途
1、 获得新的凝固组织，开发新材料
新的凝固组织包括凝固组织的微细化、过饱和固溶体和非 晶相的出现等。
凝固组织越微细，得到高强度和超塑性材料的可能性就越 大，也有可能通过再结晶来制备单晶材料；过饱和固溶体 结构可得到高强度材料，并且可通过热处理获得各种性质 的材料；非晶材料具有优异的电磁性能、耐腐蚀性能、强 度和触媒性能等特点。
域之一。快速凝固技术已成为冶金工艺学和金属 材料学的一个重要分支。
随凝固速率增大，凝固体系变化中热力学与动力 学的相应变化及显微组织的形成趋势（如图）。
利用不同组织结构，特别是超细组织、亚稳相、微晶、纳米晶、非晶等， 可以满足使用条件对材料各种性能的要求，诸如提高强度、塑性、耐磨性、 耐蚀性等。
3、简化制备工序，实现近终形成形
薄板坯连铸已获得工业应用，典型产品厚度为60mm， 而常规板坯的典型厚度为200mm，带坯连铸(铸轧)也开始 了工业应用，其产品厚度为0.53mm。
六、获得快速凝固的工艺途径
在实际凝固过程中达到快速凝固的方法主要有两种， 一种是“动力学”的方法，即设法提高熔体凝固时的传热速
平衡凝固的一种极限情况。 在足够高的冷却速率下，液态合金可避免通常的结
晶过程(形核和长大)，在过冷至某一温度以下时， 内部原子冻结在液态时所处位置附近，从而形成非 晶结构，也称金属玻璃。 当冷却速率极高时，选择适当的合金成分，以降低 熔点和提高玻璃态的转变温度，结晶过程将被完全 抑制，合金就可能失去长程有序结构而成为玻璃态 或称为非晶态，获得非晶固体。
四、特有的组织结构特征赋予快速凝固合 金的优异性能
a.高强度及高韧性。是由于快速凝固合金具有扩 大的固溶度、超细的晶粒度以及超细和高分散度 的析出相所致。
b.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。
c.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%。
2、定向凝固 利用定向凝固加工的典型结构与功能材料：
➢ 高梯度定向及单晶叶片； ➢ 晶向择优控制定向凝固—金属间化合物定向； ➢ 熔体织构定向凝固—高温氧化物超导材料； ➢ 超精细控制定向凝固—高温结构陶瓷定向； ➢ 晶体连续生长定向凝固—单晶连铸等。
3、晶体生长
晶体生长：指生长配比准确和极少缺陷的单晶体。 晶体生长的方法很多，其中的熔体晶体生长是一
1、急冷凝固技术
3、扩大固溶极限
过饱和固溶快速凝固可显著扩大溶质元素的固溶 极限，共晶合金通过快速凝固甚至可以形成单向的 固溶体组织。因此，既可以通过保持高度过饱和固 溶以增加固溶强化作用，也可以使固溶元素随后析 出，提高其沉淀强化作用。
4、形成非平衡相 在快速凝固条件下平衡相的析出可能被抑制，
导致非平衡亚稳相结构产生，包括扩大已有的亚稳 相范围和析出新的非平衡的亚稳相。
5、深过冷凝固（大过冷凝固）
材料在大过冷度下的凝固是一种极端非平衡凝固。 一般它是借助于快速凝固和熔体净化的复合作用 而得到的。
快速凝固通过改变溶质分凝(溶质捕获)，液、固 相线温度及熔体扩散速度等使合金达到深过冷状 态。
熔体净化则通过消除异质核心，使熔体达到过冷 状态。
6、超常凝固
超常条件下的凝固指在某些特殊条件或特殊环境 下，区别于一般公认常规条件下的凝固过程。
➢ 诸如，空间环境下的凝固过程，强电脉冲作用下 的凝固过程，超重力场作用下的凝固过程，高压 环境下的凝固过程，电磁场作用下的凝固过程以 及其他特殊条件下的凝固过程。
第二节 快速凝固技术概论
一、快速凝固技术的发展过程
快速凝固的研究始于20世纪50年代末60年代初。
1959年美国加州理工学院的P．Duwez等采用一 种独特的熔体急冷技术，首次使液态合金在大于 107K/s的冷却速度下凝固。他们发现，在这样快的 冷却速度下，本来是属于共晶系的Cu-Ag合金中， 出现了无限固溶的连续固溶体；在Ag-Ge合金系中， 出现了新的亚稳相(非平衡相)；而共晶成分的AuSi(=25％)合金竟然凝固为非晶态的结构。
从表2.1可以看到： ① 冷却速率小于102K/s时为普通铸造，冷却速率大于104K/s时为快速
凝固； ② 当冷却速率为10-2K/s时，枝晶间距约为230μm，偏离平衡态不远，
但当凝固过程的冷却速率为106K/s时，所得枝晶间距约为0.5μm ， 远远偏离了平衡态，扩大了相域，生成高度的非平衡相(包括金属玻 璃)； ③ 快速凝固意味着高的生长速率(10mm/s-10m/s)。
(1) 铸冶工艺→常规可控凝固→定向凝固→快速 凝固→空间凝固→超常凝固；
(2) 结构材料→功能材料→结构功能材料； (3) 金属(合金)→金属间化合物→金属基复合材
料→金属/非金属基复合材料； (4) 多晶→单晶→微晶→非晶。
2、凝固过程的冷却速率范围
材料凝固加工的特点之一就是工业上采用的凝固过程可 有很宽的冷却范围，其冷却速率约涵盖15～18个数量级， 即从大型铸锭及某些晶体生长的10-6K／s的极慢冷却到高 能束表面快凝的1010~1011K／s的超高速冷却。
二、典型的材料凝固加工技术
1、优质铸件凝固 优质铸件凝固加工的发展目标：是净/近净终
形—精确控形和组织结构的可测与可控—精确控构。
优质铸件凝固加工的发展趋势： ➢ 一是采用新的凝固加工工艺即挤压铸造、调压铸造、半固态
铸造、连续铸轧、精密铸造，自蔓延高温合成熔铸等。 ➢ 二是精确控制凝固过程即纯净化、均质化、细晶化、净终形。 ➢ 三是凝固加工过程的模拟仿真。
(2) 急冷快速凝固原理
（3）急冷凝固技术的设备及产品 形状的要求 2、急冷快速凝固技术 （1）模冷技术 （2）雾化技术 （3）表面熔化与沉积技术
第四节、大过冷凝固技术 1、大过冷凝固技术原理 2、大过冷凝固技术的方法 (1) 小体积大过冷凝固法 (2) 大体积大过冷凝固法
第一节 材料凝固加工技术简介
主要内容： 第一节、材料凝固加工技术简介
1、材料凝固加工技术的发展 2、典型的材料凝固加工技术 第二节、快速凝固技术概论
1、快速凝固技术的发展过程 2、快速凝固的定义 3、实现快速凝固的工艺途径 4、快速凝固的组织特点及产 品特征 第三节、急冷快速凝固 1、急冷快速凝固原理
（1）过冷的概念及影响过冷的因 素
对于快速凝固过程，采用适当的假设和边界条 件解热平衡方程式，可求解冷却速度。也可采 用热电偶和示波器实测，或者通过测量试样的 枝状晶二次枝晶间距和共晶层间距，求出凝固 速度，再运用凝固速度和冷却速度的关系式求 出冷却速度。
注：冷却速率的数据很少进行直接测量。常用 的方法是测量凝固后的枝晶臂间距，然后估算 冷却速率。
度从而提高凝固时的冷速，使熔体凝固时间极短，并只能在 远离平衡熔点的较低温度凝固，因而具有很大的凝固过冷度 和凝固速度。具体实现这一方法的技术称为急冷凝固技术。
另一种方法是“热力学”的方法，即针对通常铸造合金都是 在非均匀形核条件下凝固因而使合金凝固的过冷度很小的问 题，设法提供近似均匀形核(自发形核)的条件。在这种条件 下凝固时，尽管冷速不高但也同样可以达到很大的凝固过冷 度从而提高凝固速度。具体实现这种方法的技术称为大过冷 技术。
快速凝固技术是目前冶金工艺和金属材料专业的重 要领域。
经过快速凝固而获得的合金，具有不同组织结构， 包括过饱和固溶体、超细组织、亚稳相、微晶、纳 米晶、非晶态的合金，正在成为一种具有重要发展 前景的新材料。
快速凝固技术既是研究开发新材料的手段，也是新 材料生产方法的基础，同时还是提高产品质量、降 低生产成本的好途径。
➢ 也就是说，如果这些亚稳相的晶体结构与平衡相图上相邻 的某一中间相的结构极为相似，则可看成是大过冷下中间 相的亚稳浓度扩大的结果。另一方面，也可能形成某些在 平衡相图上完全不出现的亚稳相。对于具体的一种快速凝 固的合金来说，究竟出现了哪一种亚稳组织，自然决定于 冷却速度与过冷度。
5、形成非晶态 液态合金经过快速凝固而形成非晶态合金是非
三、快速凝固组织的特点
不同材料快速凝固的显微结构的差别相当大，也相当 错综复杂。现将其主要特点总结如下：
1、细化凝固组织 快速凝固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0.1~1.0μm，甚至可获得微晶乃至纳米 晶。 因为结晶过程是一个不断形核和晶核不断长大的过程，而 在很大的过冷度下达到很高的形核率，但是其生长的时间 又极短。因此，大的过冷度不仅可细化枝晶，而且由于形 核速率的增大可使晶粒细化，致使某些合金晶粒细化。
例如， 采用快速凝固粉末制备工具钢，可细化碳化物并消 除其宏观偏析，并可提高合金含量，因而可提高其工艺性 能和使用性能。
2、制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料
例如，超合金和Cu-10%Sn青铜等热加工性能差(易产 生龟裂)的材料。通过快速冷却减少偏析、细化组织，就可 提高变形性能，实现热加工；又如温度保险丝用Pb-Bi共晶 合金等细线强度低，拔丝困难，可采用旋转水纺线法制备。
6、高的点缺陷密度
固态金属中点缺陷密度随着温度的上升而增大，其关系式为
c exp(QF / RT)
式中，c为点缺陷密度；为摩尔缺陷形成能。
金属熔化以后，在液态下上述关系已失去了确切 的含义。由于原子有序程度的突然降低，液态金 属中的“缺陷密度”当然要比同温度下的固态金 属高得多，而在快速凝固的过程中，则会较多地 保存在固态金属中。
一、材料凝固加工技术的发展 材料凝固的理论与实践已远远超出单纯铸
造的学科范畴，它已成为材料学科共同关心的 课题，并成为制备新材料的重要手段。
凝固科学与工程的内涵极为浩翰，它的宏 观与微观过程极其复杂，与材料的发展相结合 更会出现许许多多的新现象和各种各样的组织 结构。
1、凝固材料体系
随着以现代科学理论为根基的凝固过程研究的发展， 凝固技术取得了长足的进步，形成了一个较为完整的凝 固材料体系：
采用快速凝固技术（例如用基体表面冷淬法）， 冷却速率可达106~109K/s。
定义1：由液态到固态的某一确定冷却速率值(如 大于104K/s)来定义快速凝固。
定义2：由液相到固相的凝固过程相当快，从而 获得了普通铸件或铸锭无法获得的成分、相结构 和显微结构的过程。
定义3：指在比常规工艺过程中快得多的冷却速 度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固 态的过程。
2、减小偏析
随着凝固速率的增大，溶质的分配系数将偏离平衡。通常当 凝固速率达到1m/s时，实际溶质分配系数将明显偏离平衡 值，且总的趋势是，不管溶质分配系数k>1或k<1，实际溶 质分配系数总是随着凝固速率的增大而趋近于1，偏析倾向 减少。
很多快速凝固合金，如果冷速不够，局部区域也会出现胞状晶或树枝晶， 但这些胞状晶或树枝晶与常规合金比已大大细化，枝晶臂间距可能只有， 因此表现出的显微偏析也很小。但在某些合金中可能发生平面型凝固， 从而获得完全均匀的显微结构。如果凝固速率超过了界面上溶质原子的 扩散速率，即进入完全的“无偏析、无扩散凝固”，可获得完全不存在 任何偏析的合金。
种液固相变过程，是无序结构熔体到有序结构晶 体的转变，是熔体受控下有方向性的单向凝固过 程，现已发展为独立的，最活跃的学科之一。
许多重要的晶体材料如Si，Ge，GaAs，LiNbO3， Nd:YAG，Nd，Cr:GSGG，Al2O3，LaAlO3， 碱及碱土金属卤化物等多采用这种方法。
4、快速凝固 快速凝固是凝固科学与工程中目前最为活跃的领
二、快速凝固的定义
工业冷却速率的范围是10-3~10K/s 。 大型铸件的冷却速率约为10-3~10-1K/s ，中等铸
件约为10K/s ，薄型铸件达到102K/s，更高的冷 却速度则要采用特殊的凝固技术来获得。
生产金属粉末的普通气体雾化工艺，其冷却速率 可达103K/s，普通水雾化达104K/s。
d.快速凝固还可使不锈钢具有良好的抗辐射性能 及在高浓度氦气氛中不易膨胀的特性，因而可成 为理想的核反应内壁结构材料。
五、快速凝固的用途
1、 获得新的凝固组织，开发新材料
新的凝固组织包括凝固组织的微细化、过饱和固溶体和非 晶相的出现等。
凝固组织越微细，得到高强度和超塑性材料的可能性就越 大，也有可能通过再结晶来制备单晶材料；过饱和固溶体 结构可得到高强度材料，并且可通过热处理获得各种性质 的材料；非晶材料具有优异的电磁性能、耐腐蚀性能、强 度和触媒性能等特点。
域之一。快速凝固技术已成为冶金工艺学和金属 材料学的一个重要分支。
随凝固速率增大，凝固体系变化中热力学与动力 学的相应变化及显微组织的形成趋势（如图）。
利用不同组织结构，特别是超细组织、亚稳相、微晶、纳米晶、非晶等， 可以满足使用条件对材料各种性能的要求，诸如提高强度、塑性、耐磨性、 耐蚀性等。
3、简化制备工序，实现近终形成形
薄板坯连铸已获得工业应用，典型产品厚度为60mm， 而常规板坯的典型厚度为200mm，带坯连铸(铸轧)也开始 了工业应用，其产品厚度为0.53mm。
六、获得快速凝固的工艺途径
在实际凝固过程中达到快速凝固的方法主要有两种， 一种是“动力学”的方法，即设法提高熔体凝固时的传热速
平衡凝固的一种极限情况。 在足够高的冷却速率下，液态合金可避免通常的结
晶过程(形核和长大)，在过冷至某一温度以下时， 内部原子冻结在液态时所处位置附近，从而形成非 晶结构，也称金属玻璃。 当冷却速率极高时，选择适当的合金成分，以降低 熔点和提高玻璃态的转变温度，结晶过程将被完全 抑制，合金就可能失去长程有序结构而成为玻璃态 或称为非晶态，获得非晶固体。
四、特有的组织结构特征赋予快速凝固合 金的优异性能
a.高强度及高韧性。是由于快速凝固合金具有扩 大的固溶度、超细的晶粒度以及超细和高分散度 的析出相所致。
b.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。
c.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%。
2、定向凝固 利用定向凝固加工的典型结构与功能材料：
➢ 高梯度定向及单晶叶片； ➢ 晶向择优控制定向凝固—金属间化合物定向； ➢ 熔体织构定向凝固—高温氧化物超导材料； ➢ 超精细控制定向凝固—高温结构陶瓷定向； ➢ 晶体连续生长定向凝固—单晶连铸等。
3、晶体生长
晶体生长：指生长配比准确和极少缺陷的单晶体。 晶体生长的方法很多，其中的熔体晶体生长是一
1、急冷凝固技术
3、扩大固溶极限
过饱和固溶快速凝固可显著扩大溶质元素的固溶 极限，共晶合金通过快速凝固甚至可以形成单向的 固溶体组织。因此，既可以通过保持高度过饱和固 溶以增加固溶强化作用，也可以使固溶元素随后析 出，提高其沉淀强化作用。
4、形成非平衡相 在快速凝固条件下平衡相的析出可能被抑制，
导致非平衡亚稳相结构产生，包括扩大已有的亚稳 相范围和析出新的非平衡的亚稳相。
5、深过冷凝固（大过冷凝固）
材料在大过冷度下的凝固是一种极端非平衡凝固。 一般它是借助于快速凝固和熔体净化的复合作用 而得到的。
快速凝固通过改变溶质分凝(溶质捕获)，液、固 相线温度及熔体扩散速度等使合金达到深过冷状 态。
熔体净化则通过消除异质核心，使熔体达到过冷 状态。
6、超常凝固
超常条件下的凝固指在某些特殊条件或特殊环境 下，区别于一般公认常规条件下的凝固过程。
➢ 诸如，空间环境下的凝固过程，强电脉冲作用下 的凝固过程，超重力场作用下的凝固过程，高压 环境下的凝固过程，电磁场作用下的凝固过程以 及其他特殊条件下的凝固过程。
第二节 快速凝固技术概论
一、快速凝固技术的发展过程
快速凝固的研究始于20世纪50年代末60年代初。
1959年美国加州理工学院的P．Duwez等采用一 种独特的熔体急冷技术，首次使液态合金在大于 107K/s的冷却速度下凝固。他们发现，在这样快的 冷却速度下，本来是属于共晶系的Cu-Ag合金中， 出现了无限固溶的连续固溶体；在Ag-Ge合金系中， 出现了新的亚稳相(非平衡相)；而共晶成分的AuSi(=25％)合金竟然凝固为非晶态的结构。
从表2.1可以看到： ① 冷却速率小于102K/s时为普通铸造，冷却速率大于104K/s时为快速
凝固； ② 当冷却速率为10-2K/s时，枝晶间距约为230μm，偏离平衡态不远，
但当凝固过程的冷却速率为106K/s时，所得枝晶间距约为0.5μm ， 远远偏离了平衡态，扩大了相域，生成高度的非平衡相(包括金属玻 璃)； ③ 快速凝固意味着高的生长速率(10mm/s-10m/s)。
(1) 铸冶工艺→常规可控凝固→定向凝固→快速 凝固→空间凝固→超常凝固；
(2) 结构材料→功能材料→结构功能材料； (3) 金属(合金)→金属间化合物→金属基复合材
料→金属/非金属基复合材料； (4) 多晶→单晶→微晶→非晶。
2、凝固过程的冷却速率范围
材料凝固加工的特点之一就是工业上采用的凝固过程可 有很宽的冷却范围，其冷却速率约涵盖15～18个数量级， 即从大型铸锭及某些晶体生长的10-6K／s的极慢冷却到高 能束表面快凝的1010~1011K／s的超高速冷却。
二、典型的材料凝固加工技术
1、优质铸件凝固 优质铸件凝固加工的发展目标：是净/近净终
形—精确控形和组织结构的可测与可控—精确控构。
优质铸件凝固加工的发展趋势： ➢ 一是采用新的凝固加工工艺即挤压铸造、调压铸造、半固态
铸造、连续铸轧、精密铸造，自蔓延高温合成熔铸等。 ➢ 二是精确控制凝固过程即纯净化、均质化、细晶化、净终形。 ➢ 三是凝固加工过程的模拟仿真。
(2) 急冷快速凝固原理
（3）急冷凝固技术的设备及产品 形状的要求 2、急冷快速凝固技术 （1）模冷技术 （2）雾化技术 （3）表面熔化与沉积技术
第四节、大过冷凝固技术 1、大过冷凝固技术原理 2、大过冷凝固技术的方法 (1) 小体积大过冷凝固法 (2) 大体积大过冷凝固法
第一节 材料凝固加工技术简介