铸态合金组织分析第一讲组织组成物的特征_唐孝杰
凝固原理-7铸件凝固组织控制
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2013/12/16
以Al-Cu( CCu = 4.5% )合金为例，该合金凝固时收缩率为0.057
液 体 流动速度等于 零 的 地方，对于凝 固 时收缩的合金来 说将 产生正偏析。
Al-Cu合金相图
因为对于凝固时收缩的合金来说，它和 凝固 时没有体积变化的合金（凝固时体积不 收缩 也不膨胀）相比，固相分率减少，与之 相对 应，也就是说液相分率增加，而液相内 溶质 浓度是高的，因此，该地区的最终溶质 平均 C 浓度 会增加，形成正偏析。
fS * CS = k0C0 1 − 1 + α k0
τf
k0 −1
α = DSτ f / λ 2
枝 晶 偏析在凝固后的均匀化处理
把铸件加热到低于固相线100~200oC，长期保温，使溶质 原子充分扩散， 假设枝晶偏析值近似地为正弦波，根据扩散第二定律可解出 在一定温度下经τ 时间后的偏析幅值A：
S
会增加 ，形成正偏析，
细小断面积为粗大处的1/9，在 断面突然变化的地方，在铸件的 心部，液体金属为了补偿下部铸 件的收缩，其流动速度必须很大， 即接近于大断面处的9倍。
如果在大断面处，其宏观偏析为 “0”，其：
v / R ≈ −0.06
这样，在断面突变处：
v / R = −0.54
显然，这里会产生大的负偏析，
1. 传热条件控制
大量实验证实，降低浇注温度是减少柱状晶 获得细等轴晶的有 效措施之 一，甚至在减少液体流动的情况下也能得到细等轴晶组织。 合理控制冷却条件从而形成宽 的凝固区域和获得大的过冷可促进 熔体生核和晶粒游离。小的温度梯 度和高的冷却速度可以满足上述要 求。但就铸型的冷却能力而言，除 薄壁铸件外，这两者不可兼得。 由于高的冷却速度不仅使温 度梯度变大，而且在凝固初期还 促使稳定凝固壳层的过早形成。 因此对厚壁铸件，一般采用冷却 能力小的铸型以确保等轴晶的形 成，再辅以其它晶粒细化措施以 得到满意的效果。
金属凝固理论 第8章 铸件凝固组织的形成及控制
2020/10/15
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晶粒增殖
一种非常重要的晶粒游离现象。 过程：游离晶在漂移过程中不断通过不同的温度
区域和浓度区域，不断受到冲击，处于反复局部 熔化和反复生长之中，这样分枝根部缩颈就可能 断开，破碎成几个晶粒。
晶区数及厚度随合金成分 和凝固条件而变。
铸件性能由柱状晶区和内 部等轴晶区的相对量决定， 表面细晶区影响有限。
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事实上，并不是所有 的铸件都具有三个晶 区的组织。
晶区数及柱状晶区和 内部等轴晶区的相对 宽度都随合金的性质 和具体的凝固条件而 变化。
在一定的条件下，甚 至可以获得完全由柱 状晶或等轴晶所组成 的宏观结晶组织。
获得的组织
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铸件内通常含有三个不同形态的晶区
1、表面细晶区：紧靠铸 型 壁 的 激 冷 组 织 ——激 冷区。细小等轴晶。
2、柱状晶区：垂直于型 壁，彼此平行排列的柱 状晶粒。
3、内部等轴晶区：各向 同性的等轴晶。尺寸比 表面细晶区的粗大。
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表面激冷区较薄，仅几个 晶粒厚，其余两晶区较厚。
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A more cellular solidification front
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Dendritic solidification
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（三）内部等轴晶区的形成
内部等铀晶区是熔体内部晶核自由生长的 结果。
关于等轴晶晶核的来源以及这些晶核如何 发展并最终形成等轴晶区的具体过程，还 存在争议。
华科材料成型原理考研ppt第5章
•
溶质浓度再分配→界面前沿液态金属凝固点降低→实际过冷度减小。 溶质浓度再分配→界面前沿液态金属凝固点降低→实际过冷度减小。
溶质偏析程度越大，实际过冷度就越小，其生长速度就越缓慢。 溶质偏析程度越大，实际过冷度就越小，其生长速度就越缓慢。 晶体根部紧靠型壁，溶质在液体中扩散均化的条件最差，偏析程度最为严重， 晶体根部紧靠型壁，溶质在液体中扩散均化的条件最差，偏析程度最为严重， 根部紧靠型壁 生长受到强烈抑制。 生长受到强烈抑制。 远离根部，界面前方的溶质易于通过扩散和对流而均匀化，面临较大的过冷， 远离根部，界面前方的溶质易于通过扩散和对流而均匀化，面临较大的过冷， 其生长速度要快得多。 其生长速度要快得多。 故在晶体生长过程中将产生根部“缩颈”现象，生成头大根小的晶粒。 故在晶体生长过程中将产生根部“缩颈”现象，生成头大根小的晶粒。 熔点最低而又最脆弱的缩颈极易断开， 熔点最低而又最脆弱的缩颈极易断开，晶粒自型壁脱落而导致晶粒游离 • • 枝干生长侧面溶质偏析层阻碍侧面的生长，偶然产生的凸出部分突破此层， 枝干生长侧面溶质偏析层阻碍侧面的生长，偶然产生的凸出部分突破此层， 侧面溶质偏析层阻碍侧面的生长 进入较大的成分过冷区内，长出较粗大的分枝，从而在分枝根部留下缩颈。 进入较大的成分过冷区内，长出较粗大的分枝，从而在分枝根部留下缩颈。 晶粒增殖: 处于自由状态下的游离晶一般具有树枝晶结构，在液流中漂移 处于自由状态下的游离晶一般具有树枝晶结构， 晶粒增殖 时不断通过不同的温度区域和浓度区域， 时不断通过不同的温度区域和浓度区域，受到温度波动和浓度波动的冲击 表面反复局部熔化和反复生长→ →表面反复局部熔化和反复生长→分枝根部缩颈可能断开而破碎成几部分 在低温下各自生长为新的游离晶。 →在低温下各自生长为新的游离晶。
170.Al-Ti-C中间合金组织分析及细化机理-铸造周
The chemical composition of Al-5Ti-1C master alloy C 0.9~1.1 0.91 Fe ≤0.3 0.19 Si ≤0.2 0.12
（1 号试样为标准 Al-5Ti-1C 中间合金细化剂的化学成分要求； 2 号试样为自制的 Al-5Ti-1C 中间合金的化学成分检测 结果）
图 1 Al-5Ti-1C 中间合金的 SEM 显观组织照片 Fig.1 The photographs of SEM microstructure of Al-5%Ti-1%C master alloy 2
2013 中国铸造活动周论文集
图 2 为自制的 Al-5Ti-1C 中间合金的 X 射线衍射谱， 由该图谱可以看出中间合金中的 Ti 和 C 除 了少量固溶到 α-Al 中之外，大部分以化合物 TiAl3 和 TiC 形式存在。
2013 中国铸造活动周论文集
Al-Ti-C 中间合金的组织分析及细化机理
白鑫，康福伟，熊宇，刘鹏，冯义成 1 （哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040） 摘要：本文采用熔体反应法制备 Al-Ti-C 中间合金细化剂，通过化学成分分析、XRD 及扫描电镜 （SEM）等，对 Al-Ti-C 中间合金的成分、组织形态及分布进行了分析。利用自制的 Al-Ti-C 中间合 金对工业纯铝进行细化研究，通过细化处理后试样的宏观照片分析对比细化效果，并初步探讨了 Al-Ti-C 中间合金细化机理。试验结果表明：Al-Ti-C 中间合金对工业纯铝具有良好的细化效果。 关键词：Al-Ti-C 中间合金；组织形态及分布；工业纯铝；晶粒细化；细化机理
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2013 中国铸造活动周论文集
(a) 未添加细化剂 Fig.4
铸铁铸态组织基础知识
铸铁铸态组织基础知识铸铁是一种常见的铸态材料，具有良好的机械性能和耐热性能。
铸铁的基本组织特征是由铁素体和石墨组成的复合组织。
在这篇文章中，我们将介绍铸铁的基本组织知识。
铸铁的基本组织由两部分组成：铁素体和石墨。
铁素体是铸铁中的主要组织相，它由铁和碳组成。
铁素体的组织形式有很多种类，常见的有珠光体、鳞片体和网状体。
珠光体是一种球状的组织，由铁素体晶粒组成，具有良好的韧性和强度。
鳞片体是一种片状的组织，由铁素体晶粒沿平行面排列而成，具有较高的硬度和耐磨性。
网状体是一种网状的组织，由铁素体晶粒交叉排列而成，具有良好的韧性和强度。
除了铁素体，铸铁中还存在着大量的石墨。
石墨是一种由碳组成的物质，它具有良好的润滑性和导电性。
石墨的形态有片状、球状和螺旋状等。
片状石墨是指石墨以片状分布在铸铁中，具有较好的润滑性和抗冲击性能。
球状石墨是指石墨以球状分布在铸铁中，具有较好的韧性和抗疲劳性能。
螺旋状石墨是指石墨以螺旋状分布在铸铁中，具有较好的导热性能。
铸铁的组织形态对其性能有着重要的影响。
珠光体组织具有良好的韧性和强度，适用于制作需要承受较大力度和冲击的零件。
鳞片体组织具有较高的硬度和耐磨性，适用于制作需要抵抗磨损和磨削的零件。
网状体组织具有良好的韧性和强度，适用于制作需要同时满足韧性和强度要求的零件。
石墨的存在对铸铁的性能也有重要影响。
石墨的润滑性能可以降低铸铁零件的摩擦系数，提高其耐磨性能。
石墨的导电性能可以提高铸铁零件的导电性能，适用于制作需要导电性能的零件。
铸铁的组织形态还受到铁素体和石墨的含量、冷却速度等因素的影响。
铸铁的含碳量越高，石墨的含量越多，铸铁的硬度和脆性越大。
铸铁的冷却速度越快，铁素体的晶粒越细小，铸铁的强度和韧性越高。
铸铁的铸态组织是由铁素体和石墨组成的复合组织。
铸铁的组织形态对其性能有着重要的影响，不同的组织形态适用于制作不同性能要求的零件。
铸铁的组织形态还受到多种因素的影响，包括铁素体和石墨的含量、冷却速度等。
常见有色金属的组织特征-铅基轴承合金铸态组织特征
常见有色金属的组织特征-铅基轴承合金铸态组织特征铅基轴承合金是一种常见的有色金属合金，其组织特征对于合金的性能和使用寿命有着重要的影响。
下面将详细介绍铅基轴承合金的铸态组织特征。
铅基轴承合金属于铸造合金，因此其铸态组织特征主要由合金中的成分、冷却速率和冷却方式等因素决定。
铅基轴承合金的主要成分是铅和其他合金元素的添加剂。
其中，铅是基体金属，具有良好的刮擦性能和润滑性，可以减少轴承的摩擦损失和磨损。
其他合金元素如锡、锌、银、铜等则起到了调节合金硬度、强度和耐磨性能的作用。
这些合金元素的添加量和配比会对合金的铸态组织产生影响。
铅基轴承合金的冷却速率和冷却方式也会影响其铸态组织。
铅基轴承合金通常是通过铸造方法将熔融的合金液体注入到铸型中，然后冷却凝固成型。
在这个过程中，冷却速率决定了合金的晶粒尺寸和排列形态。
较慢的冷却速率会使得合金中的晶粒尺寸较大，晶粒有足够的时间进行生长而且排列规整，形成大块的铸态晶粒组织；而较快的冷却速率则会导致晶粒尺寸较小，晶粒之间没有足够的时间生长和排列，形成较细小的铸态晶粒组织。
冷却方式也会影响铅基轴承合金的组织特征，例如在水冷条件下，冷却速率会更快，晶粒尺寸更小。
最常见的铸态组织特征是铅基轴承合金中的银白色铸态晶粒和黑色析出物。
银白色的铸态晶粒是由铅和其他合金元素组成的，它们在熔融态下冷却凝固而形成的。
铸态晶粒的尺寸和形态会受到冷却速率和冷却方式的影响。
较慢的冷却速率会使得晶粒尺寸较大且排列整齐，而较快的冷却速率则会使晶粒尺寸较小且排列杂乱。
在铅基轴承合金中，银白色铸态晶粒的分布均匀性也是评估合金质量的重要指标。
铅基轴承合金中还会有黑色的析出物。
这些析出物是由合金中的元素在冷却凝固过程中发生固溶度下降而形成的。
它们可能是铅与其他合金元素形成的化合物或固溶体中某种元素的偏析。
这些黑色析出物的分布和形状也会对铅基轴承合金的性能产生影响。
总之，铅基轴承合金的铸态组织特征主要由合金的成分、冷却速率和冷却方式等因素决定。
不同状态下金属的金相组织构成
不同状态下金属的金相组织构成哎呀，聊聊金属的金相组织构成可真是一个挺有意思的话题啊！你可能会问，啥是金相组织？简单来说，金属的金相组织就是我们在显微镜下看到的金属内部结构，它决定了金属的性能，硬度，甚至是它能不能“顶得住”高温或者压力。
你想，金属就像咱们的身体一样，外面看着挺硬，实际上里面可复杂呢。
就像你看着一个煎蛋，外面黄黄的，底下脆脆的，里面全是液体。
金属也是如此，表面光亮，内部可千变万化，跟着状态不同，组织可大不相同。
要是你把金属“丢”到高温下，它可不像咱们洗澡一样，随便就会变。
金属可是“情绪化”的，温度一升，它就可能改变它的结构。
热处理就像是金属的心理疏导，帮助它找回内心的平衡。
比如说你把钢加热到高温，这时候钢里的铁原子就开始“跳舞”了，形成了不同的组织结构。
这时候的钢就会变得“软绵绵”的，像刚出炉的面包一样。
冷却下来，速度快慢又会影响钢的硬度，这时候我们就能得到各种各样的钢，既有像钢刀一样锋利的，也有像铁锅那样耐用的。
哎，你可别以为金属一旦冷却下来就没事了。
它可不是“死气沉沉”的，它的内部还在继续调整。
就像是你走进一个派对，突然发现有几个小团体在窃窃私语，经过一段时间，大家渐渐聚到一起，形成了所谓的“组织”。
钢铁的这种组织就是由很多“晶粒”组成的，每一个晶粒里，铁原子都按照一定的规律排布。
你可以想象，晶粒就像是一群聚在一起的小伙伴，大家紧密合作。
晶粒越小，金属的强度就越高，因为这些小伙伴之间没那么多“缝隙”，不容易被外力撕裂。
就像你在打篮球时，若大家队形紧密，反击就容易成功。
但是，晶粒的大小不是说变就能变的，这可需要耐心和技巧。
比如，你把钢慢慢冷却下来，晶粒就可能变得比较大，结果就是它变得比较脆弱。
反之，若你让它快速冷却，晶粒就变小，钢的硬度也提高了。
但硬度高了，也不意味着钢变得更好。
硬得像石头的东西，往往比较脆，容易裂开。
所以说，金属的金相组织就像是一块非常复杂的拼图，你需要根据实际需求来调配它们。
合金材料的组织结构及其性能研究
合金材料的组织结构及其性能研究合金是一种由两种或两种以上的金属或非金属元素合成的材料，其性能能够优于单一的原材料。
在现代工业中，合金材料已经成为各个领域不可或缺的重要材料。
而在各种合金材料中，合金材料的组织结构和性能的研究是一个非常重要的领域。
一、合金材料的组织结构是什么？合金材料的组织结构是指由不同的元素的原子以一定的比例混合而成的结构。
它是合金材料能够产生优异性能的基础。
不同的合金材料，由于其成分不同，其组织结构也不同。
1. 晶粒结构合金的晶粒结构是指在一定条件下冷却后，非均匀元素的相互溶解和固溶。
在这种相互溶解和固溶的条件下，各种元素的原子在一定位置上排列成不同的晶粒，形成合金材料的晶粒结构。
在合金材料的生产过程中，如果晶粒尺寸越小，则所获得的合金材料的物理和化学性能也越高，其机械性能和热性能也越优越。
因此，控制晶粒尺寸成为了制备优质合金材料的关键。
2. 网络结构网络结构是指由不同的元素原子在一定温度和压力下相互溶解并形成一定的连接关系，其形成了靠近或相邻的原子之间的结构，形成了SP/BP网络在这种网络结构中，不同的元素原子呈现固定的结构，这种结构在结构稳定性、热膨胀和热电性能等方面具有非常明显的优势。
常见的网络结构合金材料包括Ni3Al合金、FeAl合金等。
二、合金材料的性能研究是什么？合金材料的性能研究是指研究合金材料在不同环境下的机械、物理和化学特性，以及求出最优的制备方案，实现最佳性能的材料制备。
1. 机械性能研究在合金材料的制备过程中，机械性能是一个非常重要的指标。
机械性能主要包括强度、硬度、韧性及其它机械性能。
其中，强度是合金材料的主要指标之一，指合金材料在荷载下抵抗变形的能力。
而硬度则是合金材料表面抗压能力的表现。
韧性是指合金材料在断裂前可以承受的外力，它表现了合金材料的抗拉强度和抗压强度等方面的性能。
2. 物理性能研究合金材料在物理方面的性能是指材料在外部磁场、电场、温度和压力等条件下的响应特性。
合金的组织结构
粒状珠光体
回火索氏体
粒状珠光体，是由较软的 回火索氏体，是由α基体上分
α基体上分布着弥散的颗 布着回火过程中析出的弥散细
粒状的Fe3C共同组成的
小的颗粒状Fe3C共同组成
精选课件
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（三）聚合型两相组织 （F+P、F+M、B+M等）
主要指由两种块状组织组成的。例如45钢的 平衡组织，它是由块状的F和块状的P组成
45钢平衡组织
精选课件
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四、多相组织
多相组织是由三种或三种以上的相组成的组织。 例如Pb-Sn-Bi三元合金的共晶组织见图1-23， 这种共晶组织是由多边形的β（黑色）、Sn （灰色）、Bi（白色）三种相组成的多相组织。
Pb-Sn-Bi三元合金的精共选课晶件组织
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第四节 合金的组织结构
一、组织的概念
合金的组织是指肉眼或借助显微镜所观察到的 合金的相组成及相的数量、形态、大小、分布特征。 组织可以由一种相组成，也可以由多种相组成，合 金的组织不同，其性能也不相同。
H70（30%Zn）单相黄铜 精选课件 H62(3பைடு நூலகம்%Zn)双相黄铜 1
二、单相组织
只有一种相组成的组织。例如，铁碳合金中的 铁素体（F）是只有一种α相组成的单相组织。
工业纯铁的显微组织
精选课件
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三、双相组织
由两种相组成的组织，主要包括下面几类。 （一）两晶组成的混合物
（主要指共晶、共析组织）
共析钢显微组织（0.77%C）
珠光体P由α和Fe3C两相 交替分布
铅锡合金共晶组织（61.9%Sn）
由α和β两相交替分布
精选课件
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（二）弥散型两相组织 （粒状珠光体、回火索氏体等）
铸态组织的阐述 20231115
编态姐翘的阐述1名词解释铸态组织是指金属材料在熔炼过程中，从金属熔体转变为固体（浇铸）后形成的微观组织。
铸锭的铸态组织指晶粒的形态、大小、取向及缺陷（疏松、夹杂、气孔等）和界面的形貌等。
对铸件来说，铸态组织直接影响到它的机械性能和使用寿命；对铸锭来说，铸态组织不但影响到它的压力加工性能，而且还影响到压力加工后的金属制品的组织及性能。
2形成如果将一个金属铸锭剖开，可以看到，典型的剖面具有不同特征的三个晶区，如图1所示：循快结昌构造示意图•）纵向剖面b）横向例面I一表匍细晶粒区2一枝状晶就区3一中心等,晶陀区2.1表面细晶粒区液态金属浇入锭模时，与冷的模壁接触的一部分金属液体被迅速冷却，因此在较大过冷度下结晶，形成一层很薄的细晶粒表层。
2.2柱状晶粒区由于外层已形成一层热的壳，铸锭内部的温度较高，晶核较难形成，因此表面层的晶粒便向内生长。
次层晶粒生长时，因为受到相邻晶粒的限制，只能沿散热相反方向向内生长，所以形成了垂直于模壁的柱状晶粒层。
2.3中心等轴晶粒区随着柱状晶的生长，铸锭内部的液体都达到了结晶温度，形成了许多晶核;同时向各个方向生长，阻止了柱状晶的继续发展，因而在铸锭中心部分形成了等轴的晶粒。
由于中心部分冷却较慢，因此晶粒也较粗大。
如果冷却速度很快，柱状晶就会迅速向中心发展，贯穿整个铸锭，这种组织叫穿晶组织。
3性能铸锭中三层不同的铸态组织具有不同的性能。
表面细晶粒区的组织较致密，故力学性能较好。
但在铸件中，表面细晶粒区往往很薄，所以除对某些薄壁铸件具有较好的效果外，对一般铸件的性能影响不大。
柱状晶粒区的组织比较致密，不像等轴晶粒那样容易形成显微缩松，但在垂直于模壁处发展起来的两排相邻的杜状晶的交界面上（例如铸锭横截面上的对角线处），如图2所示：图2构造较差区域2.1柱状晶区的强度、塑性较差，且常聚集了易熔杂质和非金属夹杂物，形成一个明显的脆弱面，对塑性较差的黑色金属来说，一般不希望有较大的柱状晶区。
9材料成形原理
第9章 铸件凝固组织的形成及控制 6
第二节 表面激冷区及柱状晶区的形成
一、 表面激冷区的形成 二、 柱状晶区的形成
第9章 铸件凝固组织的形成及控制
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一、表面激冷区的形成
早期的理论 型壁附近熔体由于受 获得表面细晶区的条件：抑制凝固 获得表面细晶区的条件： 到强烈的激冷作用，产生很大的过 到强烈的激冷作用， 激冷作用 壳层的形成。 壳层的形成。 冷度而大量非均质生核 大量非均质生核。 冷度而大量非均质生核。这些晶核 一旦型壁附近的晶粒互相连结而构 在过冷熔体中采取枝晶方式生长， 在过冷熔体中采取枝晶方式生长， 由于其结晶潜热既可从型壁导出， 稳定的凝固壳层， 成由于其结晶潜热既可从型壁导出， 稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状 也可向过冷熔体中散失， 也可向过冷熔体中散失 晶区由外向内的生长， ，从而形成 晶区由外向内的生长，表面激冷细晶 无方向性的表面细等轴晶组织 的表面细等轴晶组织。 了无方向性的表面细等轴晶组织。 粒区将不再发展。 粒区将不再发展。因此稳定的凝固壳 大野笃美：除了非均质形核， 大野笃美：除了非均质形核，各种 层形成得越早， 也是形成表面细等 层形成得越早，表面细晶粒区向柱状 形式的晶粒游离 晶粒游离也是形成表面细等 形式的晶粒游离 轴晶的“晶核”来源。 晶区转变得也就越快，表面激冷区也 轴晶的“晶核”来源 晶区转变得也就越快，。溶质再分配 产生“ 产生 。 就越窄。缩颈” 枝晶熔断脱落。 就越窄“缩颈”，枝晶熔断脱落。因 此，偏析和流动有利于表面细晶区 铸型激冷能力的双重性 形成。 形成。
图5-6 晶体与型壁交会处产生“脖颈”促使晶体发生脱落而游离
第9章 铸件凝固组织的形成及控制 17
宏观凝固组织资料
第一章：铸造凝固组织的形成和控制1.1铸件宏观凝固组织的特征1.1.1特征根据液态金属的成份、铸型的性质、浇注及冷却条件，宏观凝固组织一般包括如下三个部分：表面细晶区，中间柱状晶去，内部等轴晶区。
图：p97 图8-1，b），（1）表面细晶区：紧靠铸型型壁的激冷组织，因此也称激冷区；由无规则的细小等轴晶组成。
特点：非常薄，只有几个晶粒厚。
(2) 中间柱状晶区：紧连细晶区；垂青于型壁（散热方向）；彼此平行排列；断面形状为柱状。
特殊情况：全部是柱状晶区，p97 图8-1，a）（3）内部等轴晶区：各相同性；没有方向性；晶粒尺寸远大于表面细晶区。
特殊情况：全部是等轴晶区：表面细晶区的数量非常小，对工件的整体性能影响不大，而柱状晶区和内部等轴晶区的数量非常大，因此，材料的性能主要取决于这两个相的相对比例。
具体的影响下面再谈。
1.1.2 铸件结晶组织对铸件性能的影响：（1）表面细晶区：特点：晶粒细且没有方向性；性能非常好；非常薄——几个晶粒的厚度:小于1mm。
对铸件性能的影响：对于薄壁铸件：如厚度在4~6mm的铸件，具有一定的意义对于大部分铸件：意义不大，这个厚度所占比例非常小：结论：一般不给与特别重视。
对于特别薄的铸件有一定的意义。
（2）中间柱状晶区：特点：a）晶粒长、粗大、晶界面积小、排列位向一致，b）杂质、非金属夹杂、气体等，一般存在在结晶界面上，特别是最后结晶的界面上。
而在柱状晶区，这些杂质主要存在于柱状晶与柱状晶或柱状晶与等轴晶的界面上，形成性能弱面。
C）进一步的加工，如塑性加工或轧制：在杂质较多的结合界面上产生裂纹。
性能：有方向性；纵向好，横向差；有性能弱面。
结论：一般情况下尽量避免。
特殊情况下充分利用。
举例：高锰钢锤头锤柄。
工况条件，旋转，打击、破碎。
高锰钢成分：Mn=13，C=1.2高锰钢锤头结构及组织示意图性能：韧性非常好，同时加工硬化。
实际生产中遇到的问题：但是浇注出来的铸件，拿锤子一砸就断。
(材料成形原理液态成形原理)6.1晶粒组织6.2铸态组织
晶粒的概念是了解凝固组织及其控制的基 础，是金属组织结构最重要的概念之一。
grain, grain boundary engineering
单相合金晶粒组织
• 对于单相合金，凝固时形成的晶粒在冷却过程 不再发生相变。
多相合金晶粒组织
• 常见的多相合金晶粒组织有两种类型：
铸态组织和缺陷
• 炉前分析钢液化学成分为： 0.33%C，0.52Mn，0.27Si， 0.015P，0.008S，0.96Cr，0.45Mo
• 硫印检查：沿钢锭轴线纵向剖开。 取样化学分析：从外表面至中轴。 冷酸蚀法：显示低倍组织。
• I区-位于锭身上部（冒口端）： 细等轴晶带：距边缘40~50mm。 柱状晶带：向内230~285mm，有 向上倾斜的趋势。 心部：等轴晶带，中心严重缩松。
• 激冷层壳的收缩导致形成与模壁间 的气隙，结晶释放的潜热阻止了液 体进一步冷却，激冷层的形成即被 终止等轴的激冷层
铸态组织的形成-柱状晶
• 柱状晶-带方向性的柱状晶粒。
• 生长方向：与散热方向相反。 常近似与型壁垂直，与激冷层 相连。
• 以枝状晶方式长大。一次、二 次、三次臂…
二次枝晶臂
• 间距测量4~5个臂平均值，无标准；
型偏析特征。
柱状晶与等轴晶宏观形貌 （20Mn2SiMo钢87吨锭）
沿钢锭轴线纵向剖面的硫印照片 （A，V - A、V型偏析）
亚结构
• 合金元素的分布与状态是一种重要的亚 结构。包括：
– 偏析 – 枝状晶形貌 – 晶粒间的第二相网状物、颗粒相 – 共晶晶粒内两相的分布和状态等
• 偏析问题与晶粒形态密切相关。晶粒粗大和存 在偏析是铸件性能低于锻件的主要原因。
合金的组织结构2
固溶体的分类 按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固 溶体和间隙固溶体。 1、置换固溶体 溶质原子占据溶剂晶格中的结 点位置而形成的固溶体称置换固溶体。当溶剂和 溶质原子直径相差不大，一般在15％以内时，元 素周期表位置相近，易于形成置换固溶体。铜镍 二元合金即形成置换固溶体，镍原子可在铜晶格 的任意位置替代铜原子。
固溶体的性能 当溶质元素含量很少时，固溶体性能与溶剂 金属性能基本相同。但随溶质元素含量的增多， 会使金属的强度和硬度升高，而塑性和韧性有所 下降，这种现象称为固溶强化。置换固溶体和间 隙固溶体都会产生固溶强化现象。 适当控制溶质含量，可明显提高强度和硬度， 同时仍能保证足够高的塑性和韧性，所以说固溶 体一般具有较好的综合力学性能。因此要求有综 合力学性能的结构材料，几乎都以固溶体作为基 本相。这就是固溶强化成为一种重要强化方法， 在工业生产中得以广泛应用的原因。
3、组织：合金中不同相之间互相组合配置的状态。 数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不同 的组织。 单相组织：单一相构成的组织。 多相组织：不同相构成的组织。 （二）合金的组织 根据合金中各组元的结合方式不同，可分为固溶 体、金属化合物和混合物。 1、固溶体：所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂 的晶格中所组成的合金相。两组元在液态下互溶， 固态也相互溶解，且形成溶质； 溶剂的晶格即为固溶体的晶格。
注：形变强化、固溶强化、热处理都是强化金属 的手段。
金属化合物 合金组元件发生相互作用而形成一种具有金属特 性的物质称为金属化合物。金属化合物的组成一般 可用化学式表示。金属化合物的晶格类型不同于任 一组元，一般具有复杂的晶格结构。其性能特点是 熔点高、硬度高、脆性大和良好的化学稳定性。当 合金中出现金属化合物时，通常能提高合金的硬度 和耐磨性，但塑性和韧性会降低。金属化合物是许 多合金的重要组成相 。 混合物 混合物是由两种或多种物质【由两种及两种以 上 纯物质(单质或化合物)】混合而成的。无固定组 成和性质，而其中的每种单质或化合物都保留着各 自原有的性质。混合物可以用物理方法将所含物质 加以分离。没有经化学合成而组成。属于多相组织。
铸态组织硬度
铸态组织硬度1. 引言铸态组织硬度是指铸件在未经过热处理的情况下所具有的硬度。
铸态组织硬度对于铸件的使用性能和加工性能有着重要影响。
本文将从铸态组织的形成、影响因素、测试方法以及提高铸态组织硬度的措施等方面进行详细介绍。
2. 铸态组织形成铸态组织是指铸件在凝固过程中形成的微观结构。
其形成过程主要包括凝固、晶粒生长、相变等步骤。
2.1 凝固过程当熔融金属开始冷却时，会发生凝固现象。
凝固过程中，熔融金属逐渐从液态转变为固态，晶粒逐渐形成。
2.2 晶粒生长随着凝固的进行，晶粒开始生长。
晶粒生长速度受到多种因素的影响，如温度梯度、浓度梯度等。
2.3 相变在凝固过程中，可能会发生相变现象。
相变会对晶粒的形态和组织结构产生影响，进而影响铸态组织的硬度。
3. 影响因素铸态组织硬度受到多种因素的影响，包括合金成分、凝固速度、浇注温度等。
3.1 合金成分不同合金具有不同的成分，其组织结构和性能也会有所差异。
一些合金元素可以提高铸态组织的硬度，如添加少量的碳可以形成硬质铸铁。
3.2 凝固速度凝固速度对于铸态组织的形成和晶粒尺寸有重要影响。
较快的凝固速度可以促使晶粒细化，从而提高硬度。
3.3 浇注温度浇注温度会影响凝固过程中热量释放和传递的方式，从而影响铸态组织的形成。
较低的浇注温度可以促使晶粒细化，提高硬度。
4. 测试方法测试铸态组织硬度是评估铸件性能的重要手段之一。
常用的测试方法包括显微硬度测试和宏观硬度测试。
4.1 显微硬度测试显微硬度测试是通过显微镜观察铸件的组织结构，并在特定位置进行硬度测试。
常用的显微硬度测试方法有维氏硬度和布氏硬度等。
4.2 宏观硬度测试宏观硬度测试是通过在铸件表面施加一定载荷，测量压痕的大小来评估铸态组织的硬度。
常用的宏观硬度测试方法有洛氏硬度和巴氏硬度等。
5. 提高铸态组织硬度的措施为了提高铸态组织的硬度，可以采取以下措施：5.1 优化合金成分选择适当的合金成分，添加一定量的强化相或形成固溶体，可以提高铸态组织的硬度。