第4期 兰鹏等：微观组织参数及工艺条件对430不锈钢凝固显微结构的影响 ·449· 的影响逐渐变得不明显（如q3和q4).当a、b值增减小和CET提前：而a、b在5.0以上继续增大时， 大时，形核可发生在较小过冷度的条件下，导致入， 这种变化趋势变得不再明显 图4不同高斯分解参数下12高度截面处凝固显微结构 Fig.4 Solidification microstructures in the cross section at half height with different Gaussian decomposition parameters 1.3 Gibbs-Thomson系数 值也不尽相同，如表3所示.从表中可以看出，常见 Gibbs-Thomson系数可表示为 钢种的Gibbs--Thomson系数取值范围从1.9×10-7 r品 到7.0×10-7K·m.为了分析其不同取值对凝固显 (1) 微结构的影响，制定模拟方案如表4.为使结果差异 式中，E为固液界面的自由能，△S为单位体积熔化 更加显著，高斯分解参数a=b=0.5,其他参数选用 熵变.对于大多数钢种来说，以上两参数数据难以 方案a中数据.不同方案的枝晶生长动力学曲线如 精确测得，不同文献中Gibbs-Thomson系数T的取 图5所示. 表3FeC合金的Gibbs--Thomson系数 Table 3 Gibbs-Thomson coefficients of FeC alloys 钢种 T/(10-7Km) 参考文献 AIS104/316 Ty=3.4,T6=2.8 22] 9SMn28 T=3 [21,23] AISI 304 T,=3.22,Ta=2.56 [24 fe-C,0.75C0.2Si-0.65Mn-0.007S-0.02P,fe0.6C T=1.9 25-27] Fe-C Γ，=7.0或「y=3.7 28] 注：表中下标Y代表奥氏体，8代表铁素体 表4不同Gibbs-Thomson系数的模拟方案 Table 4 Simulation designs for different Gibbs-Thomson coefficients 模拟方案 Gibbs-.Thomson系数/(10-7K·m) sl 1.9 2 3.4 3 5.0 4 7.0 不 △TPC 从图5中可以看出，Gibbs-Thomson系数越小， 枝晶生长速率越大，且随过冷度增加差异性增大. 图5不同Gibbs-Thomson系数时枝品生长动力学曲线 Fig.5 Growth kinetics curves of dendrite grains at different Gibbs- 图6为不同Gibbs-Thomson系数下1/2高度截面处 Thomson coefficients 显微结构.随着Gibbs-Thomson系数增大，A,减小， CET提前，柱状晶生长被抑制，等轴晶范围增大：当 2工艺条件对凝固显微结构的影响 Gibbs-Thomson系数大于5.0×10-7K·m时，x1和 2.1过热度 CET变化不明显. 过热度是金属凝固成型控制中重要的工艺参第 4 期 兰 鹏等: 微观组织参数及工艺条件对 430 不锈钢凝固显微结构的影响 的影响逐渐变得不明显( 如 q3 和 q4) ． 当 a、b 值增 大时，形核可发生在较小过冷度的条件下，导致 λ1 减小和 CET 提前; 而 a、b 在 5. 0 以上继续增大时， 这种变化趋势变得不再明显． 图 4 不同高斯分解参数下 1 /2 高度截面处凝固显微结构 Fig． 4 Solidification microstructures in the cross section at half height with different Gaussian decomposition parameters 1. 3 Gibbs-Thomson 系数 Gibbs-Thomson 系数可表示为 Γ = E ΔS ． ( 1) 式中，E 为固液界面的自由能，ΔS 为单位体积熔化 熵变． 对于大多数钢种来说，以上两参数数据难以 精确测得，不同文献中 Gibbs-Thomson 系数 Γ 的取 值也不尽相同，如表 3 所示． 从表中可以看出，常见 钢种的 Gibbs-Thomson 系数取值范围从 1. 9 × 10 － 7 到 7. 0 × 10 － 7 K·m． 为了分析其不同取值对凝固显 微结构的影响，制定模拟方案如表 4． 为使结果差异 更加显著，高斯分解参数 a = b = 0. 5，其他参数选用 方案 a 中数据． 不同方案的枝晶生长动力学曲线如 图 5 所示． 表 3 Fe--C 合金的 Gibbs-Thomson 系数 Table 3 Gibbs-Thomson coefficients of Fe-C alloys 钢种 Γ / ( 10 － 7 K·m) 参考文献 AISI304 /316 Γγ = 3. 4，Γδ = 2. 8 ［22］ 9SMn28 Γ = 3 ［21，23］ AISI 304 Γγ = 3. 22，Γδ = 2. 56 ［24］ Fe--C，0. 75C--0. 2Si--0. 65Mn--0. 007S--0. 02P，Fe--0. 6C Γ = 1. 9 ［25--27］ Fe--C Γγ = 7. 0 或 Γγ = 3. 7 ［28］ 注: 表中下标 γ 代表奥氏体，δ 代表铁素体． 表 4 不同 Gibbs-Thomson 系数的模拟方案 Table 4 Simulation designs for different Gibbs-Thomson coefficients 模拟方案 Gibbs-Thomson 系数/( 10 － 7 K·m) s1 1. 9 s2 3. 4 s3 5. 0 s4 7. 0 从图 5 中可以看出，Gibbs-Thomson 系数越小， 枝晶生长速率越大，且随过冷度增加差异性增大． 图 6 为不同 Gibbs-Thomson 系数下 1 /2 高度截面处 显微结构． 随着 Gibbs-Thomson 系数增大，λ1 减小， CET 提前，柱状晶生长被抑制，等轴晶范围增大; 当 Gibbs-Thomson 系数大于 5. 0 × 10 － 7 K·m 时，λ1 和 CET 变化不明显． 图 5 不同 Gibbs-Thomson 系数时枝晶生长动力学曲线 Fig． 5 Growth kinetics curves of dendrite grains at different Gibbs￾Thomson coefficients 2 工艺条件对凝固显微结构的影响 2. 1 过热度 过热度是金属凝固成型控制中重要的工艺参 ·449·