合金凝固

疏松→分散缩孔 →
3、比重偏折
防止办法：1）增大冷却速度。 2）加入第三组元，凝固时首先析出比重与液相相近的高熔点相， 利用其树枝晶阻止偏折相的沉浮。
（二）夹杂与气孔
夹杂 外来夹杂
初生夹杂→从液相中折出
内生夹杂
二次夹杂→在凝固过程或凝固及形成的
折出型
气孔 气体折出而形成的孔洞
反应型
（三）缩孔与疏松
集中缩孔
缩管
缩穴（缩孔） 一般疏松 中心疏松
金属小－长大快 非金属大－长大慢
二 、初晶组织的形貌
金属型初晶－树树状→
典型的树树状 孤立的卵形
非金属初晶－多面体
三、共晶组织的形成机制
领先相
先共晶相 结晶速度快的那一相
四、共晶合金液固界面形貌
• 共晶体成分与液相相同，S-L界面不产生溶质富集。 • 两相分别考虑，则稍有富集与贫化。 • 第三组无存在时，可能产生微小的成分过冷区，界面为胞 状。
液相部分混合
C S = C 0 [1 − (1 − k e ) exp
( − ke x / L )
]
k0=0.1
§5-2 成分过冷
一、温度梯度
二、成分过冷
• 界面前沿液体中溶质分布发生变化，引起凝固温度的改变。 • 界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固 温度 成分过冷
成分过冷的临界条件
二、影响铸锭组织的因素 1、机械振动 2、金属液体的流动 3、锭模的冷却能力 4、孕育处理
三、铸锭的宏观缺陷
（一）宏观偏折
1、正常偏折: 整个铸锭范围内的成分不均匀现象
2、反偏折 反偏折: 反偏折 原因： 内部溶质富集的液体倒流。 当柱状纵深发展，两侧的枝晶可能局部重熔， 同时早期凝固部分发生收宿，造成柱状晶之间的空隙 和负压，从而使内部溶质浓度较易的液体沿柱间隙向 表面回流。
CuAl3-Al片层状共晶
MnSb-Sb共晶
Al-Si共晶
• 金属－金属型 • 金属－非金属型 • 非金属－非金属型
金属－金属型共晶体，具体形貌决定于两个因素 1) 组成相的体积分数
当
α % < 27.6%
共晶体为捧状， 反之为层片状
2) 两相界面的单位面积界面能
如果给定晶面与界面平行时，单位面积界面能可以达到最小值
五、亚共晶合金铸件成分分布
1）S-L界面为平面状：出现单一共晶区 2）S-L界面为树枝状 ：枝晶间形成共晶组织
3）有些本来只有匀晶转变，由于溶质的重新 分布，可能出现单一共晶区或枝晶
§5-4 金属铸锭的宏观组织
一、铸锭三区及其形成机制
三区:1）表面细晶区 2）次表面的柱状晶区 3）心部的等轴晶区百度文库
假定相图液相线为直线
TL = TA − mC L
TL = T A − mC 0 [1 + (1 − K 0 ) / k 0 exp(− RX / D)]
dTL R = mC 0 (1 − k 0 ) / k 0 exp(− RX / D) dx D
界面处， X＝0
dTL R Gc = = mC0 [(1 − k 0 ) / k 0 ] dx D
当G<Gc时才会出现成分过冷
G
mC0 1 − k0 < R D k0
影响成分过冷的因素 • m、R、D、K0 • 液相线越陡（|m|↑）、R↑、D↓，越容易出现成分 过冷 • Ko<1时，Ko↓、Gc↑、Ko>1，Ro↑、Gc↑ • 即液相线与固相线斜率差越大，越容易出现成分 过冷
三、成分过冷时单相合金液固界面形貌的影 响
六、区域熔炼
假设液相完全混合
C S ⋅ dx + (C L + dC L ) ⋅ L = C L ⋅ L + C 0 ⋅ dx
将上式整理
L ⋅ dC L dx =
积分并整理
(C 0 − K 0 C L )
C S = C 0 [1 − (1 − k 0 ) exp ( − k0 x / L ) ]
二元合金中加入第三组元，会影响共晶组织的形态
• Al－CuAl2 共晶合金，杂质 → 层片状 → 呈扇形变化→ 树枝状 • Al－Si合金，加入Na盐，Si细化，且分技增加。 • Fe－C合金加入小量镁、稀土，其片状石墨发生球化，称 为变质处理。
金属－非金属型共晶常具有复杂形态
原因： 1）非金属长大时，强烈的各向异性。 2）金属相和非金属粗长大时的动态过冷度有明显的差异
三、液相完全混合时的溶质分布
ko<1，S-L界面为平面，完全混合 在界面处，(Cs)i=ko(CL) i
(C S ) i = k 0 C 0 (1 − g ) k0 −1
x K 0 −1 ∴ (C S ) i = k 0 C 0 (1 − ) L
x (C L ) i = C 0 (1 − ) K 0 −1 L
第九章 合金凝固及铸件组织
§9-1 合金在铸型中凝固时溶质的重新分布 一、合金凝固过程中固液两相的平衡成分
匀晶转变的合金凝固特点： 1) 不同成分的液体，凝固温度不同。 2) 液相、固相成分不同,溶质原子将在S-L之间迁 移（重新分配）
CS k0 = CL
Ko：平衡分配系数，反映原子重新分配能力。
当界面前沿的液体处于正温度梯度下： 1）若G>Gc，无成分过冷，界面为平面状 2）若G<Gc，较多，成分过冷较大→界面为树枝状 3）若G略于Gc，成分过冷区较小→界面为胞状
若成分过冷区增大，胞端部形状将变得不规则，形 成胞状树枝晶
§9-3 共晶和初晶组织形貌
一、共晶组织形貌
层片状、捧状（条状，纤维状）、球状（短捧状）、针片状，螺旋状等
二、液固界面的局部平衡
液固界面却可认为是一直保持局部平衡（符合相图） 界面前沿的液相溶质浓度（CL）i ; 面前沿的固相溶质浓度（CS）i ; 则（Cs）i=Ko（CS) i ko<1 a）剩余液体成分完全均匀→ 完全混合 b）大体体积液体与前沿少量液体始终存在差异， 无对流，无扩散 → 完全不混合 c）介与上述两者之间→部分混合
四、液相完全不混合时的溶质分布
五、液相部分混合时的溶质分布
k0 ke = − k 0 + (1 − k 0 ) e Rδ / D
x K e −1 C S = k e C 0 (1 − ) L
1）当凝固速度很快时，R很大，ke=1，液相 上基本完全不混合 2）当凝固速度很漫时，R很小， ke≈ko，液相接近完全混合 部分混合的情况下，铸锭成分不均匀程度 介于两种极端情况之间