材料成型原理课程.pptx
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深过冷法是另一类快速凝固方法，其核心是:
消除合金液中的异质形核核心。
熔融玻璃净化法
通过熔融玻璃对合金液的净化作用，消除合金液 中的异质形核核心。
悬浮熔炼法（电磁悬浮、静电悬浮、声悬浮）
通过无容器熔炼消除合金熔体与容器接触对形核 的促进作用。
第七章 液态金属与气相的相互作用
8
T1
三、快速凝固显微组织
地面 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件 空间 条件
不同条件下 Al-Cu 合金的轴向 Cu 含量分布曲线
第七章 液态金属与气相的相互作用
13
失重条件下材料的凝固实验在地面富上Co可相以在通富过Cu
悬浮熔炼 和 落管技术 得到 。
基体上均匀分 布
不同过冷度（ΔT）下Cu84Co16合金电磁悬浮试样的背散射组织
第七章 液态金属与气相的相互作用
第第七七章章液液态态金金属属与与气气相相的的相相互互作作用
1
用
第一节 快速凝固 第二节 失重条件下的凝固 第三节 定向凝固
第七章 液态金属与气相的相互作用
2
第一节 快速凝固
一、快速凝固简介 二、快速凝固方法 三、快速凝固显微组织 四、金属玻璃
第七章 液态金属与气相的相互作用
3
一、快速凝固简介
快速凝固是指采用急冷技术或深过冷技术获得 很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。
T1 ＜ T2
凝固在很大的过冷度和很 高的冷却速率下进行，凝固 组织中会出现非平衡相 。
对铸件和铸锭，通常 GR可=以10把-3~温1度01K梯/s度，G但和对生雾长 速化率法R，联G系R起=1来02，~1用06GKR/s空。间 表相示应显地微，组偏织析的间变距化λ从和枝晶 间10距00（μ偏m减析小间到距0）.0的1μ变m化。：
界面推进速率大于10 mm/s 冷却速率达到105~1010 K/s
快
固-液界面的移动速率赶上或超过原子间扩散速率时，晶体
将来不及转移成分，界面固、液相成分不再平衡。
第七章 液态金属与气相的相互作用
4
凝固中的固、 液界面溶质
成分
完全扩散平衡 固-液界面局部平衡 非稳定界面局部平衡 界面不平衡
第七章 液态金属与气相的相互作用
14
第三节 定向凝固
定向凝固技术在共晶凝固、定向柱状晶生长和单晶铸造等 方面都有重要的意义。
对于凝固温度范围宽的合金，定向凝固通过在铸件的不同 部位放置冷铁实现。这时凝固界面的温度梯度很大，糊状 凝固区域明显减小，因此补缩得到改善，铸件完整性变好， 同时铸件的机械性能也得以提高。
定向凝固的合金柱状晶粒结构使得材料沿凝固方向的抗蠕 变和抗热疲劳特性明显提高，这种技术常用于制造具有柱 状晶结构或单晶的发动机叶片。
第七章 液态金属与气相的相互作用
15
定向凝固装置的工作过程大致为： 材料在顶部的熔化室中熔化然后 浇注到模型中，模型在一端急冷， 可控拉伸装置保证了金属在模具 中的定向凝固。
定向凝固的单晶叶片是通过对多 晶的螺旋选择生长凝固而成的。
等轴晶、柱状晶和单晶的发动机叶片比较
柱状晶、螺旋选择器及生长的单晶
却散技（热术散器或热通喷）常射器是成接同形触一技，种术如材，熔以
体料使旋或这转相些法关小或的液薄材滴截料在面，凝连如固续电前铸达 造子到法或很。激大光的束过表冷面度脉。冲/移 动熔化。
坩埚及金属 液态金属
加热线圈 气体
急冷条带
旋转辊
表雾熔面化体熔法旋化的转法装法置
第七章 液态金属与气相的相互作用
7
深过冷法
GR dT dx dT T dx dt dt
第七章 液态金属与气相的相互作用
9
图 6-4图 N6-i7–10Zant-.1%.8Catu%A在g过 合冷 金在度不为同a冷）却89速K率，下b） 的显15微0K组，织c）174K (a、b、c、d和生d长）速26率0分K别时为的1凝 2m固m组 /s、织3（ .54光 mm学/s显 、微 2.0镜 6m照m片 /s、）0.48mm/s)
5
快速凝固 的目的
形成
超细组织 过饱和固溶体 亚稳相或新的结晶相 微晶、纳米晶或金属玻璃
获得优异的 强度、塑性、 耐磨性、耐腐蚀性 等。
第七章 液态金属与气相的相互作用
6
二、快速凝固方法
13、、把使金材属料或的合一金个熔薄体 2层分、快散使速成液熔小流化液保并滴持与一无个限很 小大也的散称截 热之面 器为雾，紧并化密与技接高术触效、，冷乳化
第七章 液态金属与气相的相互作用
16
本章结束
第七章 液态金属与气相的相互作用
17
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20. 11.1720.11.17Tuesday, November 17, 2020
11
形成金属玻璃的临界厚度随年代的变化关系
部分块体金属玻璃的实物照片
能否发生玻璃化转变的影 响因素主要有冷却速率、形 核密度和材料特性。
对应于一定的合金熔体， 欲发生玻璃化转变需要有足 够高的冷却速率。
第七章 液态金属与气相的相互作用
12
第二节 失重条件下的凝固
失重条件（也称微重力条 件）的凝固与重力条件下完 全不同，如无容器条件下的 形核以及由温度梯度（或密 度梯度）引起的对流等，使 得不同成分的液体能够长时 间共存，因此可以减少沿凝 固方向的成分偏析，还可以 利用微重力条件制备难混熔 偏晶合金。
第七章 液态金属与气相的相互作用
10
四、金属玻璃
金金属属玻玻璃璃（的也拉称伸非强晶度可态高合金）是Duwez等人在1960年首 达先3～发现4G的P，a，他并们具通有过很对好熔的融Au80Si20合金快速冷淬获得
耐了腐金蚀属性玻能璃、。优异的软磁性能、
优良的超导性能、较高的热稳 金属玻璃保留了液态金属
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。12:49:4912:49:4912:4911/17/2020 12:49:49 PM
• 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.11.1712:49:4912:49Nov-2017-Nov-20
定性和较低的表面活性，已经 的短程有序的类似原子簇的 或可望应用于机械结构材料、 结构 ，微观组织中不存在晶 磁性材料、声学材料、仿生材 界、位错和偏析等缺陷，其 料、光学材料、体育器材以及 结构类似于普通玻璃 。 电子材料等多个方面。
快速凝固的Al-Fe-V-Si合金组织
第七章 液态金属与气相的相互作用
消除合金液中的异质形核核心。
熔融玻璃净化法
通过熔融玻璃对合金液的净化作用，消除合金液 中的异质形核核心。
悬浮熔炼法（电磁悬浮、静电悬浮、声悬浮）
通过无容器熔炼消除合金熔体与容器接触对形核 的促进作用。
第七章 液态金属与气相的相互作用
8
T1
三、快速凝固显微组织
地面 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件 空间 条件
不同条件下 Al-Cu 合金的轴向 Cu 含量分布曲线
第七章 液态金属与气相的相互作用
13
失重条件下材料的凝固实验在地面富上Co可相以在通富过Cu
悬浮熔炼 和 落管技术 得到 。
基体上均匀分 布
不同过冷度（ΔT）下Cu84Co16合金电磁悬浮试样的背散射组织
第七章 液态金属与气相的相互作用
第第七七章章液液态态金金属属与与气气相相的的相相互互作作用
1
用
第一节 快速凝固 第二节 失重条件下的凝固 第三节 定向凝固
第七章 液态金属与气相的相互作用
2
第一节 快速凝固
一、快速凝固简介 二、快速凝固方法 三、快速凝固显微组织 四、金属玻璃
第七章 液态金属与气相的相互作用
3
一、快速凝固简介
快速凝固是指采用急冷技术或深过冷技术获得 很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。
T1 ＜ T2
凝固在很大的过冷度和很 高的冷却速率下进行，凝固 组织中会出现非平衡相 。
对铸件和铸锭，通常 GR可=以10把-3~温1度01K梯/s度，G但和对生雾长 速化率法R，联G系R起=1来02，~1用06GKR/s空。间 表相示应显地微，组偏织析的间变距化λ从和枝晶 间10距00（μ偏m减析小间到距0）.0的1μ变m化。：
界面推进速率大于10 mm/s 冷却速率达到105~1010 K/s
快
固-液界面的移动速率赶上或超过原子间扩散速率时，晶体
将来不及转移成分，界面固、液相成分不再平衡。
第七章 液态金属与气相的相互作用
4
凝固中的固、 液界面溶质
成分
完全扩散平衡 固-液界面局部平衡 非稳定界面局部平衡 界面不平衡
第七章 液态金属与气相的相互作用
14
第三节 定向凝固
定向凝固技术在共晶凝固、定向柱状晶生长和单晶铸造等 方面都有重要的意义。
对于凝固温度范围宽的合金，定向凝固通过在铸件的不同 部位放置冷铁实现。这时凝固界面的温度梯度很大，糊状 凝固区域明显减小，因此补缩得到改善，铸件完整性变好， 同时铸件的机械性能也得以提高。
定向凝固的合金柱状晶粒结构使得材料沿凝固方向的抗蠕 变和抗热疲劳特性明显提高，这种技术常用于制造具有柱 状晶结构或单晶的发动机叶片。
第七章 液态金属与气相的相互作用
15
定向凝固装置的工作过程大致为： 材料在顶部的熔化室中熔化然后 浇注到模型中，模型在一端急冷， 可控拉伸装置保证了金属在模具 中的定向凝固。
定向凝固的单晶叶片是通过对多 晶的螺旋选择生长凝固而成的。
等轴晶、柱状晶和单晶的发动机叶片比较
柱状晶、螺旋选择器及生长的单晶
却散技（热术散器或热通喷）常射器是成接同形触一技，种术如材，熔以
体料使旋或这转相些法关小或的液薄材滴截料在面，凝连如固续电前铸达 造子到法或很。激大光的束过表冷面度脉。冲/移 动熔化。
坩埚及金属 液态金属
加热线圈 气体
急冷条带
旋转辊
表雾熔面化体熔法旋化的转法装法置
第七章 液态金属与气相的相互作用
7
深过冷法
GR dT dx dT T dx dt dt
第七章 液态金属与气相的相互作用
9
图 6-4图 N6-i7–10Zant-.1%.8Catu%A在g过 合冷 金在度不为同a冷）却89速K率，下b） 的显15微0K组，织c）174K (a、b、c、d和生d长）速26率0分K别时为的1凝 2m固m组 /s、织3（ .54光 mm学/s显 、微 2.0镜 6m照m片 /s、）0.48mm/s)
5
快速凝固 的目的
形成
超细组织 过饱和固溶体 亚稳相或新的结晶相 微晶、纳米晶或金属玻璃
获得优异的 强度、塑性、 耐磨性、耐腐蚀性 等。
第七章 液态金属与气相的相互作用
6
二、快速凝固方法
13、、把使金材属料或的合一金个熔薄体 2层分、快散使速成液熔小流化液保并滴持与一无个限很 小大也的散称截 热之面 器为雾，紧并化密与技接高术触效、，冷乳化
第七章 液态金属与气相的相互作用
16
本章结束
第七章 液态金属与气相的相互作用
17
• 9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。20. 11.1720.11.17Tuesday, November 17, 2020
11
形成金属玻璃的临界厚度随年代的变化关系
部分块体金属玻璃的实物照片
能否发生玻璃化转变的影 响因素主要有冷却速率、形 核密度和材料特性。
对应于一定的合金熔体， 欲发生玻璃化转变需要有足 够高的冷却速率。
第七章 液态金属与气相的相互作用
12
第二节 失重条件下的凝固
失重条件（也称微重力条 件）的凝固与重力条件下完 全不同，如无容器条件下的 形核以及由温度梯度（或密 度梯度）引起的对流等，使 得不同成分的液体能够长时 间共存，因此可以减少沿凝 固方向的成分偏析，还可以 利用微重力条件制备难混熔 偏晶合金。
第七章 液态金属与气相的相互作用
10
四、金属玻璃
金金属属玻玻璃璃（的也拉称伸非强晶度可态高合金）是Duwez等人在1960年首 达先3～发现4G的P，a，他并们具通有过很对好熔的融Au80Si20合金快速冷淬获得
耐了腐金蚀属性玻能璃、。优异的软磁性能、
优良的超导性能、较高的热稳 金属玻璃保留了液态金属
• 10、人的志向通常和他们的能力成正比例。12:49:4912:49:4912:4911/17/2020 12:49:49 PM
• 11、夫学须志也，才须学也，非学无以广才，非志无以成学。20.11.1712:49:4912:49Nov-2017-Nov-20
定性和较低的表面活性，已经 的短程有序的类似原子簇的 或可望应用于机械结构材料、 结构 ，微观组织中不存在晶 磁性材料、声学材料、仿生材 界、位错和偏析等缺陷，其 料、光学材料、体育器材以及 结构类似于普通玻璃 。 电子材料等多个方面。
快速凝固的Al-Fe-V-Si合金组织
第七章 液态金属与气相的相互作用