铸铁件生产

作业：
1 铸件典型凝固组织有哪几种？ 2 快速凝固有哪几种方法？快速凝组织有哪些特 点？

(2)在一定合金成分下提高G/R比值，以便使成分过冷限制在 允许的范围内，要减小液体的非均质生核能力；避免界面前 方液体内的生核现象。 (3)提高液体的纯洁性，减少杂质，减小金属液体的生核能 力。对已有的有效质点可通过高温过热或加入其他元素来改 变其组成和结构，以消除外来质点的生核作用。 (4)要避免液态金属的对流、搅拌和振动，从而阻止界面前 方的晶体游离。
（2）实现快速凝固的条件 （a）快速冷却
一方面，选用热导率大的铸型材料或对铸型强制冷却 ，提高凝固速度；另一方面，凝固层内部热阻随凝固 层厚度的增大而迅速提高，导致凝固速度下降。 在雾化法、单辊法、双辊法、旋转圆盘法及纺线法 等非晶、微晶材料制备过程中，试件的尺寸都很小， 故凝固层内部的热阻都可以忽略(即温度均匀)、界面 散热成为主要控制环节。通过增大散热强度，可以实 现快速冷却。


定向凝固方法
功率降低法(P .D法)
高速凝固法(H. R. S法)
液体金属冷却法 (L. M. C法)
区域熔化液态金属冷却法（ZMLMC法）
1试样；2感应圈；3隔热 板；4冷却水；5液态金属 ；6拉锭；7熔区；8坩埚
连续定向凝固（OCC法）
图4.1.6 四种OCC连铸方法示意图 （a）普通下引法（b）虹吸管下引法（c）上引法（d）水平引锭式 1合金液；2热铸型；3电加热器；4冷却水；5铸锭；6冷却水喷嘴；7牵引 轮；8导向装置
4.2.3快速凝固技术
1快速凝固：由金属从液相到固相的相变过程进行得 非常快，当液态金属以105~1010K/s的速度进行凝固 ，从而获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构 和显微结构的过程。 传统的凝固理论与技术的研究主要围绕铸锭和铸件的 凝固过程进行的。其冷却速度通常在10-3~102K/s的 范围内。大型铸锭的冷却速率为10-3~10-1K/s，中等 铸件的冷却速率约为1K/s。特薄的铸件压铸过程的冷 却速率可达103K/s，当液态金属以105~1010K/s的冷 却速度进行凝固时，称之为快速凝固。
（b）深过冷
快冷法只能在薄膜、细线及小尺寸颗粒中实现，对于 大尺寸铸件，减小凝固过程中的热量导出是实现 快速凝固的唯一途径。通过抑制凝固过程的形核， 使合金溶液获得很大的过冷度，从而凝固过程释 放的潜热被过冷熔体吸收掉，可减少凝固过程中 要导出的热量。 深过冷快速凝固成形主要见于液相微粒的雾化法和经 过净化处理的大体积液态金属的快速凝固。
2 快速凝固组织的特征
（1）偏析形成倾向小（随着凝固速度的增加， 实际溶质分配系数偏离平衡而增加，并趋近于1） （2）形成非平衡相（亚稳定相） （3）细化凝固组织（细化枝晶） （4）析出相结构发生变化 （5）形成非晶态
3快速凝固的条件
（1）凝固过程的传热
•
铸件凝固过程伴随着热量的传递，这部分 热量包括过热（T浇-T液）、潜热（T液-T固） 和显热（T固-T室温），只有热量及时导出 才能保证凝固过程的进行。
Байду номын сангаас图4.1.8 单晶镍基高温合金侧向约束条件下的组织 （a）沿凝固方向组织变化（b）胞晶顶端失稳分岔 （c）无共晶区纤维组织
（3）对流下的定向凝固
图4.1.9 加速坩埚旋转技术装置图
（4）二维定向凝固
(a)
(b)
图4.1.10 二维定向凝固法制备的高温合金圆盘试样的组织形貌 (a)宏观组织形貌（b）微观组织形貌
快速凝固的工艺方法
（1）粉末快速凝固法 雾化法 常见的方法有亚音速气体雾化法、超音速气体雾 化法、水雾化法、旋转电极法、旋转盘法、快速旋 转杯法等。概括起来可分为流体雾化法和离心雾化 法两大类。工艺参数包括射流距离、射流压力、喷 嘴的几何形状、气体和金属的流速以及金属液的温 度等。一般地，射流压力越高、射流距离越小，产 生的粉末越细小。
一、铸铁件的生产 铸铁是含碳量超过2.11％的铁碳合金。 工业用铸铁实际上是以Fe、C、Si为 主要元素的多元合金。 铸铁中碳的存在形式： 渗碳体——化合状态。 石墨——游离状态。
铸铁分类
• 按石墨的形态和形状，分类如下： • 1）白口铸铁：炭极少数溶于铁素体，其余 都以碳化三铁的形式存在；断口呈银白色， 又脆，又硬，不易机加工，可用来做可煅铸 铁毛胚。 • 2）灰口铸铁：碳除微量溶于铁素体，大部 分以片状石墨形状存在断口呈灰色存在。
溢流法
双辊法
图4.2.5 溢流法快速凝固原理图 图4.2.6 双辊法快速凝固原理图 1带材；2合金液；3加热器；4坩 埚；5喷嘴；6双辊
（3）线材快速凝固
快速凝固法制备非晶合金线材的关键在于：首先是获 得细而稳定的熔液流柱，其次是采用一定的冷却介质对 该熔液流柱进行激冷，对于连续生产，还要实现线材的 连续卷取。 目前较成熟的线材凝固技术包括：玻璃包覆熔融纺线法 、合金熔液注入快冷法、旋转水纺线法和传送带法。
传送带法
图4.2.10 连续式旋转水纺线法 1旋转鼓；2喷嘴；3熔融金属；4金属丝；5磁性辊；6卷 取机
4.2.5通电流对合金铸态组织的影响
由于金属是导体，由电磁理论可知，在感应圈中通 入交变电流（形成一个电磁场的作用），就会在放入 线圈的金属（液）中感应出频率相同的感应电流，该 电流在交变磁场中受到洛伦兹力作用。作用于熔体的 这一作用力将对铸态组织产生如下影响：电磁约束成 形、电磁搅拌、电磁净化及电磁制动等。
• 3）球墨铸铁：碳大部分以球状石墨形式 存在。 • 4）可锻铸铁：碳大部分或全部以团絮状 形式存在。
白口铸铁
灰口铸铁
球墨铸铁
可锻铸铁
控制热流，保证液一固界面上液体金属 有足够的温度梯度
(1)严格保证单向散热，以使凝固前沿始终处于柱状晶生长方
向的正温度梯度作用之下，并且要绝对阻止侧向散热以避免 界面前方型壁及其附近的生核和长大。
1细粉；2气体；3气源；4合金液；5真空感应加 热器；6喷嘴；7雾化室；8收集室；9粉末
（2）带材快速凝固
常用的方法有单辊法、溢流法和双辊法等。
单辊法
图4.2.4 单辊法快速凝固原理图 （a）自由喷射甩出（FJMS）法 （b）平流铸造（PFC）法 1.激冷辊；2.感应加热器；3.排气阀；4.压力表；5.带材； 6.喷嘴；7.合金液；8激冷基底（单辊表面）
特种定向凝固技术
（1）超高温度梯度定向凝固
图4.1.7 凝固速率v对DD8单晶镍基 合金固液界面形态的影响 （a）v=1.42um/s（b）v=2.08um/s （c）v=2.17um/s（d）v=2.94um/s （e）v=12.6um/s（f）v=110.2um/s
（2）侧向约束下的定向凝固
玻璃包覆熔融纺线法
图4.2.7玻璃包覆纺线法快速凝固原理图
合金熔液注入快冷法
图4.2.8 合金溶液注入快速凝固原理图 1，7分流管；2喷嘴；3合金液；4感应加 热器；5稳流罩；6分散器；8泵
旋转水纺线法
图4.2.9 旋转水纺线法线材快速凝固原理图 1旋转鼓；2冷却水；3喷嘴；4喷射液柱；5加热器