金属凝固原理
铸造金属凝固原理介绍课件
凝固缺陷
01 缩孔：金属凝固过程中，由 于体积收缩，导致内部出现 孔洞
02 疏松：金属凝固过程中，由 于气体析出，导致内部出现 疏松多孔的结构
03 偏析：金属凝固过程中，由 于成分不均匀，导致内部出 现成分分布不均匀的现象
04 裂纹：金属凝固过程中，由 于应力过大，导致内部出现 裂纹
铸造方法
01
砂型铸造：利用砂型制作铸 件，成本低，生产效率高
03
压力铸造：利用高压将熔融 金属压入模具，生产效率高， 适用于薄壁铸件
05
连续铸造：利用连续铸造机 将熔融金属连续铸造成铸件， 适用于大批量生产
02
熔模铸造：利用蜡模制作铸 件，精度高，适用于复杂铸 件
04
离心铸造：利用离心力将熔 融金属甩入模具，适用于管 状铸件
05
凝固原理在铸造工艺优 化中的实例分析
02
凝固原理对铸造工艺 的影响
04
凝固原理在铸造工艺优 化中的具体应用方法
06
凝固原理在铸造工艺优 化中的发展趋势
质量控制
01
凝固原理在铸造过 程中的应用
02
凝固原理在金属材料 质量控制中的作用
03
凝固原理在铸造缺 陷检测中的应用
04
凝固原理在铸造工 艺优化中的作用
新材料研究
01
纳米材料：具有高强度、高韧性、耐腐蚀等优良性能
02
复合材料：结合多种材料的优点，提高性能和降低成本
03
生物材料：利用生物技术制备新型材料，如生物陶瓷、生物高分子等
04
智能材料：具有感知、响应和自适应功能的材料，如形状记忆合金、压电材料等
绿色铸造技术
绿色铸造技术是指在铸造过程中减少环境污染、降低 能耗、提高材料利用率的技术。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是指金属从液态到固态的过程，这一过程是金属加工和制造中至关重要的一环。
了解金属凝固原理对于提高金属制品的质量和性能具有重要意义。
首先，我们需要了解金属凝固的基本原理。
金属凝固是由于金属在液态和固态之间的相变所引起的。
当金属被加热至其熔点以上时，金属开始融化成液态，而当温度降低到熔点以下时，金属则开始凝固成固态。
在这一过程中，金属的分子结构和排列发生了改变，从而产生了不同的性质和特征。
其次，金属凝固的过程受到许多因素的影响。
首先是金属的成分，不同种类的金属具有不同的凝固特性，例如铝、铁、铜等金属的凝固温度和凝固速度都有所不同。
其次是金属的冷却速度，冷却速度快则会形成细小的晶粒，冷却速度慢则会形成大块的晶粒。
此外，金属的形状和结构也会对凝固过程产生影响，例如浇铸、锻造、挤压等不同的加工方式会导致不同的凝固结构。
最后，了解金属凝固的原理对于金属加工和制造具有重要意义。
通过控制金属的凝固过程，可以获得理想的金属结构和性能，从而提高金属制品的质量和性能。
例如，通过控制金属的冷却速度和形状，可以获得细小、均匀的晶粒结构，从而提高金属的强度和硬度。
此外，还可以通过添加合金元素和调整工艺参数，来改善金属的凝固特性，从而获得更优异的金属制品。
总之，金属凝固原理是金属加工和制造中至关重要的一环。
了解金属凝固的基本原理和影响因素，可以帮助我们更好地控制金属的凝固过程，从而提高金属制品的质量和性能。
希望本文能够为大家对金属凝固原理有所了解，同时也能够在实际生产中加以应用。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是指金属从液态状态转变为固态状态的过程。
在金属凝固过程中，原子或离子以一定的方式排列组合，形成具有一定结构和性能的固态金属晶体。
而金属凝固原理则是指影响金属凝固过程的各种因素和规律。
了解金属凝固原理对于控制金属凝固过程、改善金属凝固组织和性能具有重要意义。
首先，金属凝固的原理主要包括凝固过程中的晶核形成和晶体生长。
在金属液体冷却过程中，当温度下降到一定程度时，金属液体中会出现微小的固态核，这些核心在金属液体中逐渐增多并长大，最终形成完整的晶体结构。
晶核形成和晶体生长是金属凝固的基本原理，也是金属凝固组织形成的基础。
其次，金属凝固的速度对凝固组织和性能有着重要影响。
一般来说，凝固速度越快，晶体的生长速度就越快，晶粒就越细小，晶界就越多，从而提高了金属的强度和韧性。
而凝固速度越慢，晶体生长速度就越慢，晶粒就越大，晶界就越少，金属的强度和韧性就会降低。
因此，控制金属凝固速度是影响金属凝固组织和性能的重要因素之一。
另外，金属凝固还受到金属成分、凝固条件、晶核形态等多种因素的影响。
金属成分的不同会导致晶体结构和性能的差异，凝固条件的改变也会影响金属凝固组织和性能的形成，而晶核形态的不同也会对晶体生长和晶粒形貌产生影响。
因此，在实际生产中，需要根据不同金属的特性和要求，合理控制金属凝固过程中的各种因素，以获得理想的凝固组织和性能。
总的来说，金属凝固原理是一个复杂而又重要的领域，它涉及到金属物理、金属化学、热力学等多个学科的知识。
只有深入理解金属凝固原理，才能更好地控制金属凝固过程，改善金属凝固组织和性能，提高金属制品的质量和性能。
因此，对于金属凝固原理的研究和应用具有重要的理论和实践意义，也是金属材料领域的一个热点和难点问题。
希望通过对金属凝固原理的深入研究，能够为金属材料的发展和应用提供更多的理论支持和技术保障。
金属凝固原理范文
金属凝固原理范文金属凝固原理是指金属在从液态到固态转化的过程中所涉及的物理和化学现象。
金属凝固是一个复杂的过程，涉及到热力学、动力学和结构变化等方面的原理。
本文将分析金属凝固原理的基础知识，包括热力学、结构和晶体生长等方面的内容。
在金属凝固的过程中，热力学是至关重要的因素之一、根据热力学原理，金属凝固时会释放出热量，这是因为金属离子在凝固的同时释放出能量。
这种能量释放可以通过热力学公式来计算，其中包括凝固焓和凝固熵等参数。
液态金属在凝固过程中会出现结构变化，最常见的是由无序结构转变为有序的晶体结构。
晶体结构特征是金属凝固过程中的一个重要因素。
晶体结构的类型取决于金属原子的尺寸、电子构型和化学键的性质等因素。
例如，铜的晶体结构是面心立方结构，而铁的晶体结构是体心立方结构。
晶体生长是金属凝固过程中的另一个重要因素。
晶体生长是指在凝固过程中液态金属原子逐渐形成有序的晶体结构。
晶体生长可以分为两个阶段：核形成和晶格生长。
在核形成阶段，金属原子将逐渐聚集在一起，形成原子团簇。
当这些团簇达到一定大小时，它们就可以进一步生长，形成完整的晶体结构。
晶体生长的速度取决于多种因素，包括温度、压力和金属的化学成分等。
一般来说，晶体生长速度随着温度的升高而增加，因为高温有助于原子的扩散和聚集。
此外，压力对晶体生长速度也有影响，高压环境可以抑制晶体生长，而低压环境则有助于晶体生长。
除了热力学、晶体结构和晶体生长等方面的因素外，金属凝固还涉及到动力学过程。
动力学是指凝固过程中有关反应速率和能量转移的研究。
在金属凝固中，动力学过程包括原子之间的碰撞、扩散和团簇的生长等。
总之，金属凝固原理涉及到多个方面的知识，包括热力学、结构和晶体生长等。
了解这些原理可以帮助我们更好地理解金属凝固的过程，并为相关工业和科学研究提供指导。
金属凝固原理
金属凝固原理
金属凝固原理是物理学中最重要的概念之一，它是指当温度降低到一定程度时，金属内部从液态直接过渡到固态的过程。
这种过程叫做凝固或结晶。
在该过程中，金属内部具有一种特殊的结构，即“金属晶格”。
金属晶格是一种稳定的结构，由许多小空间和原子构成，并且可以承受很大的力。
金属凝固原理是一个相对复杂的概念，涉及到物理学、化学、材料学等多个领域。
它的基本原理是，温度降低时，金属内部产生秩序，原子开始排列形成一种晶格结构，从而使金属变成固态。
金属凝固原理是金属加工工艺中最重要的一环，同时也是材料性能分析的基础。
因此，金属凝固原理的研究和应用对于金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。
首先，金属凝固原理的研究依赖于量子力学理论，也就是研究金属晶格中原子的行为。
在量子力学理论的基础上，工程师可以利用计算机模拟金属的凝固过程，进一步探究金属凝固原理。
其次，金属凝固原理的研究也受益于材料科学技术的发展。
如X射线衍射仪（XRD）可以检测金属内部晶格结构的信息，从而更好地理解金属凝固原理。
此外，金属凝固原理的研究也受益于材料工程学的发展。
例如，在实验室中，可以通过不同的温度调节和材料组成，模拟金属凝固过程，以更深入地理解金属凝固原理。
金属凝固原理是物理学、化学、材料学等多个领域的重要内容，其研究对金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。
因此，金属凝固原理的研究将会在未来发挥重要作用。
金属凝固原理
金属凝固原理
金属凝固原理是指金属从液态到固态的过程。
在金属熔化后，通过降低温度或进行其他处理，金属开始逐渐凝固。
凝固过程中，金属内部的原子或分子逐渐重新排列并结晶，形成有序的晶体结构，从而形成固态金属。
金属凝固原理基于凝固行为的研究，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。
首先，金属在熔化过程中，吸收热量使得金属内部的原子或分子运动加速，失去了原子之间的排列有序性，形成了液态金属。
当温度进一步降低时，金属开始进入凝固阶段。
在凝固的早期，金属内部出现一些微小的核心，这些核心是由一部分原子或分子聚集形成的。
这些核心吸引周围的原子或分子，从而导致晶体生长。
晶体生长过程中，较小的核心会扩大并联系在一起，形成更大的晶体。
在金属凝固过程中，晶体生长的速度取决于多种因素，包括温度、凝固速率、金属成分等。
高温下，原子或分子的运动速度较快，晶体生长速度较快；而低温下，晶体生长速度较慢。
凝固速率越快，金属内部的原子或分子越来越无序，晶体结构越复杂。
凝固过程中，金属的凝固形式也有多种，常见的有均匀凝固和偏析凝固。
均匀凝固指金属内部晶体结构均匀、成分均匀分布的凝固方式，一般适用于成分均匀的金属。
而偏析凝固则是指金属内部存在组分不均匀的现象，即某些金属元素或杂质在凝
固过程中会向其中心或表面区域富集。
综上所述，金属凝固原理是由金属熔化到固态的过程，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。
通过研究金属凝固原理，我们可以更好地理解金属的结构与性能，并可以针对不同的凝固条件来控制金属的制备过程。
金属凝固原理胡汉起pdf
金属凝固原理胡汉起
金属凝固原理是指金属在凝固过程中所发生的物理和
化学现象，包括金属的晶格结构、晶界运动、析晶等方面。
金属凝固原理的研究有助于更好地理解金属材料的性能，并为金属材料的制造、加工和应用提供理论支持。
金属凝固原理的应用主要有以下几方面：
●金属凝固原理可以用来解释金属材料的晶体结构、力
学性能和热学性能等方面的变化。
●金属凝固原理可以用来指导金属材料的制造，例如冶
炼、锻造、压延等工艺。
●金属凝固原理可以用来解释金属材料在经受加载时的
析晶行为。
●金属凝固原理可以用来解释金属材料在经受加载时的
缺陷产生和扩展的机理。
胡汉起（Hans Q. Hu）是著名的金属凝固原理研究学者，他主要研究金属的凝固机制、晶格动力学和晶界微观结构等方面。
胡汉起提出了金属凝固过程中“拉伸-压缩”析晶机制的理论，解释了金属晶体凝固过程中晶界运动的机理。
他还发展了金属凝固原理的多尺度模型，提出了金属析晶过程中晶界微观结构的建模方法。
胡汉起在金属凝固原理研究方面取得了很多成就，其中包括：
对金属晶格动力学的研究：胡汉起提出了金属晶格动力学的基本概念，并给出了金属晶格动力学的模型。
对金属晶界微观结构的研究：胡汉起提出了金属晶界微观结构的模型，并给出了金属晶界微观结构的建模方法。
对金属析晶过程的研究：胡汉起提出了金属析晶过程中晶界运动的机理，并给出了金属析晶过程的多尺度模型。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是指金属从熔化状态向固态转变的过程。
金属凝固是金属加工和制造中的关键工艺之一，对于金属材料的性能和结构具有重要影响。
金属凝固有两种基本模式，分别是平衡凝固和非平衡凝固。
平衡凝固是在金属熔体达到热力学平衡条件下进行的凝固过程。
在平衡凝固过程中，金属熔体的凝固速度较慢，使得晶体有足够的时间进行有序排列，形成结晶的晶格结构。
这种凝固方式下得到的晶体结构一般是均匀、致密的。
而非平衡凝固则是在金属熔体未达到热力学平衡条件下进行的凝固过程，通常是由于快速冷却或其他条件的限制。
非平衡凝固下得到的金属结构通常不具备完整的晶格结构，其中可能包含一些缺陷，如晶界、孪生晶和扩散限制。
金属凝固的主要原理包括热力学原理和动力学原理。
热力学原理研究的是金属凝固的平衡过程和热力学参数，如凝固温度、凝固速度等。
相变热是研究金属凝固的重要参数之一，它是单位质量金属从液态到固态过程中释放或吸收的热量。
相变热的大小直接影响到金属凝固过程的温度和能量交换。
动力学原理研究的是金属凝固的凝固速率和晶体生长行为。
凝固速率与温度梯度成正比，与金属的热导率和定向凝固度有关。
晶体生长通常是以晶核为起点，通过界面扩散分子在凝固过程中不断形成新的晶核，最终形成完整的晶体结构。
在金属凝固中，晶体生长过程是一个重要环节。
晶体生长可以分为表面扩散和体内扩散两种方式。
表面扩散是指晶体表面上的原子或离子通过空间的跳跃来进行扩散，而体内扩散则是指晶体内部的原子或离子通过晶面间的空隙进行扩散。
晶体生长的速度与扩散速率和扩散路径有关，因此扩散是影响金属凝固过程的重要因素之一温度梯度和凝固界面形貌也是金属凝固的关键因素。
温度梯度会导致凝固界面的变形和变动，从而影响到晶体生长和凝固速率。
凝固界面的形貌也对凝固过程有重要影响。
对于非平衡凝固，凝固界面通常是不规则的，形成了一些晶界、孪生晶和其他缺陷。
这些缺陷会影响金属的性能和结构。
除了热力学和动力学原理外，还有其他一些因素也会影响金属凝固的过程。
金属凝固原理复习大纲
金属凝固原理复习大纲绪论1、凝固定义宏观上：物质从液态转变成固态的过程。
微观上：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。
2、液态金属凝固的实质：原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程液态金属的结构特征：“近程有序”、“远程无序”组成：液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成3、液态金属的性质：粘度和表面张力粘度的物理意义：单位接触面积，单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力粘度的本质上是原子间的结合力影响液体金属粘度的主要因素是：化学成分、温度和夹杂物表面张力的物理意义：作用于表面单位长度上与表面相切的力，单位N/m影响液体金属表面张力的主要因素是：熔点、温度和溶质元素。
取决于质点间的作用力4、液体结构的特性：近程有序和远程无序晶体:凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。
单晶体:在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体多晶体:大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。
吸附是液体或气体中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。
金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶当向溶液中加入某种溶质后，使溶液表面自由能降低，并且表面层溶质的浓度大于溶液内部深度，则称该溶质为表面活性物质（或表面活性剂），这样的吸附称为正吸附。
反之，如果加入溶质后，使溶液的表面自由能升高，并且表面层的溶质浓度小于液体内部的浓度，则称该溶质为非表面活性物质（或非表面活性剂），这样的吸附为负吸附第一章凝固过程的传热1、凝固过程的传热特点：“一热、二迁、三传”“一热”指热量的传输是第一重要；“二迁”指存在两个界面，即固－液相间界面和金属－铸型间界面。
“三传”指动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。
2、金属型特点：具有很高的导热性能；非金属型铸造特点：与金属相比具有非常小热导率，故凝固速度主要取决于铸型的传热性能。
铸型外表面温度变化不大，故可把铸型看成是半无限厚的。
金属凝固原理课件
描述形核过程的快慢，与温度、过 冷度等因素有关。
晶体的长大与生长形态
晶体长大
晶核形成后，周围的原子或分子 继续附着到晶核上，使晶体逐渐
长大的过程。
生长形态
晶体生长过程中形成的外观形态， 如树枝状、柱状、球状等。
生长速率
晶体长大的速度，通常与温度梯 度、溶质浓度等因素有关。
04
金属凝固过程中的组织与性能
02
金属凝固过程中的传热与传质
传热与传质的基本概念
传热
指热量从高温处传递到低温处的 现象，是热量传递的一种方式。
传质
指物质从一处传递到另一处的现 象，是物质传递的一种方式。
金属凝固过程中的传热与传质现象
传热现 象
在金属凝固过程中，热量从液态传递 到固态，使液态金属逐渐冷却并转变 为固态。
传质现 象
03
金属凝固过程中的形核与长大
形核的基本概念
形核
指在液态金属中形成固相 晶核的过程。
形核过程
在液态金属冷却过程中， 原子或分子的排列逐渐变 得有序，最终形成固体晶 格结构。
形核率
单位时间内形成的晶核数量。
形核机制与形核速率
均质形核
在液态金属中自发形成晶核的过 程，需要克服能量障碍。
异质形核
在金属中的杂质或界面上形成晶核 的过程，通常较容易发生。
02
金属凝固是金属材料制备和加工 过程中最重要的物理过程之一， 对金属材料的性能和应用具有重 要影响。
金属凝固的物理过程
01
02
03
冷却过程
金属液体在冷却过程中， 原子逐渐失去液态的无序 性，开始形成固态晶格结 构的过程。
形核过程
在金属液体冷却到熔点以 下时，原子开始聚集形成 晶核的过程，是金属凝固 的起始点。
金属凝固原理
金属凝固原理金属凝固是一项重要的物理现象，它在很多领域有着重要的应用意义。
凝固过程就是当温度下降到金属的凝固点时，金属从一种液体形态变为固态。
借助对金属凝固原理的理解，我们可以更好地解释金属在这一过程中发生的各种变化。
金属凝固过程是指金属原子内部原子排列结构变化，金属固态相比液态有更高的结构性能，这就是为什么当金属温度低于凝固点时，它就从液态直接变为固态的原因。
同时，密度也会随着温度的逐渐降低而增大。
金属的凝固是一个动态的过程，由于金属原子内部排列结构的改变，其凝固扩散过程会随着温度的降低而增强，金属原子重新排列并形成固态结构。
这种凝固模式可以分为三个主要阶段：空隙间隙态、储存态和融合态。
空隙间隙态是指在凝固温度低于液态点的情况下，金属原子重新排列并形成空隙间隙结构，使得表面空隙率有所增加。
在此状态下，由于表面的空隙率增加，金属原子内部的原子间距也变大，这就有利于金属原子聚集到一起，形成可以更容易冻结的固态结构。
储存态指的是在凝固温度维持在液体状态之上，金属原子逐渐重新排列，形成新的固态结构，但它们仍处于可储存的状态。
可以将这一情况比作一张暂时储存数据，但是还没有执行操作的硬盘，此时金属结构仍处于虚态，不可能正常运转，但也不会因温度的下降而发生任何变化。
融合态就是金属原子重新排列，它们互相融合，形成一个更稳定的固态结构。
在这个阶段，金属原子重新排列，变得更加紧密，并且金属的形状也稳定了下来。
随着温度的持续降低，金属的形状将得到完全的稳定，这是最终的固态结构。
由此可见，金属的凝固是一个动态而复杂的过程，经历着三个主要阶段：空隙间隙态、储存态和融合态，这两个阶段都有其特定的特点和特性，并且影响金属的结构性能。
此外，金属的凝固过程不仅受温度的影响，还受金属的熔点、熔点和晶体结构等因素的影响。
综上所述，金属凝固是一个复杂而动态的过程，它不仅受温度影响，而且还受金属的结构性质等因素的影响。
凝固过程中，金属原子从液态状态逐渐变为固态，形成一些新的结构形态，有助于金属的力学性能。
金属凝固原理第3章形核
§3-3 异质形核（非均质形核 ）
合金液体中存在的大量高熔点微小固相杂质，可作为非均 质形核的基底。晶核依附于夹杂物的界面上形成。这不需要形 成类似于球体的晶核，只需在界面上形成一定体积的球冠便可 成核。非均质形核过冷度ΔT**比均质形核临界过冷度ΔT*小 得多时就大量成核。
一、异质形核的热力学条件 二、异质形核机理 三、异质形核动力学
进一步推导可得：
H m T GV Tm
(式中：ΔHm—固液焓变,结晶潜热L = ΔHm ）
Tm及ΔHm对一特定金属或合金为定值，所以过冷 度ΔT是影响相变驱动力的决定因素。过冷度ΔT 越 大，凝固相变驱动力ΔGV 越大。
二、大量形核的过冷度（ T *）
液态金属只要存 在过冷度 T 时就能 形核但不一定能完成 形核过程，只有当 ： *
T T
Tk
（大量形核过冷度） 时，形核过程才能完 成。形成的晶核才能 在 T Tk （动力 学过冷度）的过冷度 条件下进行长大，直 至凝固完成。
图3.3 金属的实际凝固曲线
小结：过冷引起液-固体积自 由能之差是凝固（形核）的 基本热力学条件（必要条件） * 大量形核的过冷度（ T ） 是完成形核过程的充分条件。
r 2 SL V s Tm 2 SLV S GV H m T
形核功： G
VS Tm 16 3 SL 3 H m T
2
r* 与ΔT 成反比，即过冷度ΔT 越大，r* 越小； ΔG*与ΔT2成反比，过冷度ΔT 越大，ΔG* 越小。
Al：面心立方
a 4.05
TiAl3 ：正方
C0
0
aTiAl3 5.43 cTiAl3 8.59
金属凝固原理--第八章快速凝固
§6.2 快速凝固原理、技术及其传热特点—快速凝固技术
01
急冷凝固技术—模冷技术—旋铸法
Al92-xCe8Fex(x=0~6)
24
§6.2 快速凝固原理、技术及其传热特点—快速凝固技术
01
急冷凝固技术—模冷技术—平面流铸法
基本原理：与“旋铸法”相同。 特点：（1）为了得到更宽的合金条带
（几十～几百毫米），在旋铸法基础上发 展而来；（2）采用窄缝喷嘴，增加条带宽 度，可得到厚度均匀的宽合金条带；（3） 美、日等已有快速凝固合金条带生产线， 我国已经可以用来生产非晶软磁合金条带。
术
凝
固
技
术
大
在细小熔滴中达到大的凝固过冷度的方法
过
冷
技
在较大体积熔体中获得大凝固过冷度的方法
术
19
§6.2 快速凝固原理、技术及其传热特点—快速凝固技术
01
急冷凝固技术
模冷技术：气枪法、旋铸法（平面流铸法）、铜模铸造法等 雾化技术：气雾化法、水雾化法、喷射成形等 表面快速熔凝技术
02
大过冷技术 磁悬浮无坩埚熔炼法 低熔点氧化物融体包覆技术
20
§6.2 快速凝固原理、技术及其传热特点—快速凝固技术
01
急冷凝固技术—模冷技术—气枪法
基本原理：是将熔融的合金液滴，在高压惰性 气体流的作用下，射向用高导热率材料（经常 为纯Cu ）制成的急冷衬底上（＞ 107 K/s）。
特点：（1）不规则、厚度不均匀的合金薄膜； （2）可作组织分析，但难以进 行性能测试； （3）制备样品量小，不能工业生产。
01
急冷凝固技术—模冷技术—旋铸法
基本原理：是将熔融的合金液射向一高速旋 转的、高导热系数材料制成的辊子表面。辊 面运动的线速度＞30～50 m/s，冷却速度 （106～ 107 K/s） 。
金属凝固原理第5章单相合金的凝固
⑤ 凝固终了T T1 '时： S CSM C
（2） 稳定生长阶段，界面前沿液相中溶质分配 规律
在稳定生长阶段，设界面 以R速度向前推进，界面前 沿的液相浓度为CL(x)，在 距离x处，单位面积单位时 间内向液体内部排走了m1 个溶质原子，有：
(DL—溶质在液相中的扩散系数)
dC m1 DL dx
二、平衡凝固时的溶质再分配
平衡凝固指凝固速度极度缓慢，使液相和固相中的溶质 得以充分扩散均匀化。假设合金是从左向右进行单向凝固， 固-液界面前沿存在正温度梯度，以K0<1合金为例。 C* ① 开始凝固 时， CS K0C0 C0 ， L C0
TM T0
二、平衡凝固时的溶质再分配
② 凝固过程中任一温度（ T T '）时，固-液界面上成 C L C0 分为： K 0C0 CS C0
由于 CS CS C0 ，则 f L 0 ，还有液体须继续凝固
CS
C0
CL
C0
C L ；有 CS f S K0
C0
K0
f L C0 ,
三、近（准）平衡凝固时的溶质再分配
④ 接近凝固终了 时：C0 CS CSM C0 K0 C 状态图中的Cs为近平衡凝固时 C C 0
三、近（准）平衡凝固时的溶质再分配
② 凝固过程任一温度T T '时： S C0 ， L C L C0 C C 设固相内平均成分为 C S ，液相为 C L ，有 CS CS ,C L C L 则：C L f S C L f L C0
CS
三、近（准）平衡凝固时的溶质再分配 ③ 凝固到平衡固相线 T T1 时：
东大金属凝固原理第一章
24
为简化求解过程，作如下假定：
1.问题局限于一维热传导，金属型为半无限
大；
2.界面热阻视为常数，即界面换热系数 hi 为 常数； 3.金属平面前沿在固定的凝固点Tf下凝固； 4.忽略液体金属的过热温度和对流； 5.铸件和铸型的物性值为常数。
25
图1－6中的虚线表示虚拟的坐标系。实际系统 和虚拟系统的参数转换关系如下： 在铸件一侧： x’=s0+x （1－16） s’= s0+s （1－17） t’=t0+t （1－18） 在铸型一侧： x’=x-E0 （1－19） 于是，在虚拟系统中问题归结为解如下方程：
方程反映了热传导过程的能量守恒。 方程左侧括弧内的各项是热流密度（温度梯度×导热 系数；单位时间、单位面积通过的热量）在X、Y、 Z三个坐标上的分量。
T T T qx ; qy ; qz ; x y z
单位：J/（cm3.s) 三项之和就是单位体积上的热流密度增量（—减少） 方程的右侧是单位体积在单位时间内增加的内能, 可以描述为:传导增加的热量+本身释放的热量=内能 的变化（+.-）
对于具体给定的铸件和铸型，用迭代法很容易求得φ值。
五、虚拟凝固层厚度s0
当x’＝s’＝s0时，即凝固刚开始，界面上的热平衡关系可表示为
s ' hi (T f T0 ) s L( ' ) s0 t
2 s 2 s ' 根据（1－24）得： ( ' )s0 t s0
所以
（1－33）
2T 2T 2T T ( 2 2 2 ) c x y z t
-------导温系数(热扩散率）
以上是传热方程的基本形式，下面介绍几种具体的传热情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
b. b——过热热量散失——游离晶残存——等轴晶
数量（次要因素）
小结
了解掌握晶粒游离的概念、产生过程及作用； 重点 1. 综合应用溶质再分配、成分过冷及晶粒游离理论
2. 宏观结晶组织
三个晶区：表面细晶粒区；柱状晶区；内部等轴区。
二、基本原理——晶粒游离
1. 液体金属流动 （1）流动原因
1）浇注过程的流动 2）凝固期间的对流：a. 自然对流：热对流；b. 强 迫对流：浇注过程的注入动量、外加电磁/机械搅 拌等。
（2）对晶粒游离过程的作用 1）传热：过热热量散失，游离晶残存；紊流— —温度波动——晶粒游离；
2. 柱状晶区
（1）（开始）稳定凝固层的产生——（结束）内部等 轴晶区的形成； （2）形成过程
稳定凝固层形成后——垂直于型壁的单向热流作 用下——以树枝状单向延伸生长、各枝晶主杆方向互 不相同——晶体的择优生长（主杆与热流方向平行的 枝晶生长更为迅速、优先生长、并抑制相邻枝晶（取 向不利）的生长）——柱状晶的方向越集中、晶粒的 平均尺寸就越大。
第五章 铸件结晶组织的形成与控制
第一节 铸件宏观结晶组织的形成与及其影 响因素
第二节 铸件结晶组织的控制
第一节 铸件宏观结晶组织的形成 及其影响因素
基本概念 基本原理 晶区形成 影响因素
一、基本概念
1. 结晶组织
（1）宏观状态：铸态晶粒形态、大小、取向和分布等； （2）微观结构：晶粒内部的结构形态，如树枝晶、胞状 晶等亚结构形态，共晶团内部的两相结构形态及这些结 构形态的细化程度。
分析宏观结晶组织三个晶区的形成过程； 2. 主要影响因素。 作业：5-1（p155）
图 5-8 柱状晶的择优生长
3. 等轴区
（1）本质：熔体内部晶核自由生长的结果。 （2）等轴晶晶核的来源 1）过冷熔体直接生核理论; 2）界面前方晶粒游离理论: • 杰克逊：生长着的柱状晶在凝固界面前方的熔断、游离、
增殖导致内部等轴晶晶核的形成； • 索辛：液面晶粒下雨似的沉积在柱状晶前方的液体中—
四、影响因素
1. 金属性质方面 1）强生核剂——生核 2）宽结晶温度范围的合金和小的温度梯度GL—∆Tc 3）溶质元素含量较高，平衡分配系数偏离1较远—— 成分过冷区宽度Xo 4）凝固时长时、激烈的对流——晶粒游离 2. 浇注条件方面 1）低的浇注温度——过热度低，游离晶粒多、易残存 2）合理的浇注工艺
—铸锭凝固时内部等轴晶晶核的主要来源； 3）激冷晶游离理论： 浇注期间和凝固初期的激冷晶游离。
（3）等轴晶区的形成过程 1）索辛：界面前方存在等轴晶的晶核；晶核长大 形成网络以阻止柱状晶区的生长。
2）弗兰爵克逊：一部分游离晶的沉淀；一部分游 离晶被侧面生长着的柱状前沿俘获。
3）我国学者：（界面生长速度R－游离晶垂直于 界面的运动速率V）V临，则可形成内部等轴晶 区。
2）传质： 游离晶粒漂移、堆积；晶粒游离不断 进行 ；改变界面前沿溶质分布状态（宏观成分均 化、微观成分波动）。
2. 铸件结晶中的晶粒游离
（1）游离晶直接来自过冷熔体中的非均质生核； （2）型壁晶粒脱落、枝晶熔断和增殖引起的晶粒游离。
“缩颈”形成过程分析
图 5－3 型壁晶粒脱落；
图 5－4 枝晶分枝“缩颈”的形成；
图 5－5 从铸型游离的晶粒的增殖作用
三、宏观结晶组织的形成
1. 表面细晶区 （1） 形成原因
型壁激冷——激冷晶 （2）影响因素
型壁ห้องสมุดไป่ตู้近熔体内是否存在大量非均质生核条件
1）型壁散热条件决定的过冷度和凝固区域宽度； 2）型壁和熔体中杂质微粒的生核能力。 （3）晶核来源 1）过冷熔体中非均质生核——型壁附近熔体内部的大 量生核——必要条件； 2）晶粒游离——型壁晶粒脱落、枝晶熔断、晶粒增殖 等、抑制铸件形成稳定的凝固壳层——充分条件。
不同浇注工艺Al-0.2%Cu合金的宏观结构
3. 铸型性质和铸件结构方面
1） 铸件
a. 薄壁铸件： 激冷——较大的过冷——生核能力越强； 薄壁铸件，金属型比砂型更易获得细等轴晶。
b. 型壁较厚：导热性较差、激冷只在表层、等轴晶的 形成主要靠各种形式的晶粒游离。
2) 铸型
a. 低蓄热系数b——延缓稳定凝固壳层的形成，有助