第十一章凝固理论基础 晶体的成长速度是各性异向的,最大成长速度的方向是平行于易于散热的相反方向晶体 它挤压邻近的晶体而快速成长,其它晶体被淘汰,结果使晶体的数量减少了,柱状晶区 就可能形成。 对给定的合金而言柱状晶区的范围在一定的浇铸温度范围内随着浇铸温度的提高而 增大;对于给定的角逐条件条件柱状晶区的范围随着合金元素含量的增加而减少。 柱状晶区的主要控制因素是在其前沿液体中是否出现了等轴晶。如果条件对形成等 轴晶不利,则柱状晶发达。因此,可以通过引起等轴晶的形成来控制柱状晶区的范围, 这是控制铸锭(件)组织的重要途径之一。 3等轴晶区的形成机理 在等轴晶区中的晶体尺寸一般较激冷区的大。 等轴晶区的形成有四种机构 (1)在激冷层形成之前在模壁上形成的颈缩晶体从模壁上脱落并通过液体的对流而 被带入铸模的中心区,如果液体金属的角逐温度不高,这些晶体不会被融化掉, 残存的晶体成为等轴晶的萌芽晶体。 (2)在长大的枝晶的根部因熔体的对流和温度变化而熔断,这些熔断的枝晶碎粒由于 金属液体的对流而被带入中心区域,成为等轴晶形成的萌芽晶体 (3)铢锭自由表面上的小晶体的沉积 (4)铸锭(件)中心区域的过冷熔体均质或非均质形核长大的结果 在铸锭(件)凝固过程中,这四种机构都是存在的。它们的作用取决于凝固的实际条件。 三、凝固组织的控制 由于铸锭(件)中的激冷层很薄,主要是柱状晶和等轴晶区。所以研究凝固组织的 控制主要是指柱状晶和等轴晶相对比例的控制 除了一些非常特殊的材料和应用外,如磁合金、单晶体等,一般在铸锭(件)中要求细 晶粒等轴晶组织,因为这种组织的性能是各向同性的的。为了获得这种组织则要求抑制 柱状晶长大,这可通过创造等轴晶形成的条件来达到。主要有如下的途径: (1)增加形核机率。可通过提高液体金属的冷却强度、降低熔化温度、在液体金属中 加入少量的形核剂进行编制处理,以及一切能促进非均质形核的熔炼及角逐措施 等方法来达到: (2)抑制晶体的长大。通过在液体金属中加入少量的成长抑制剂进行变质处理或采取 措施(如通电凝固)等来达到 (3)使正在长大中的晶体产生“颈缩”(等轴晶根部颈缩或枝晶根部颈缩)。这可以通 过向液体金属加入偏析倾向大的合金元素来达到这个目的; (4)促进颈缩的晶体脱离模壁或枝晶干。可以应用物理方法即加强液体金属的对流, 进行机械搅拌、振动或振荡的方法来达到,这就是所谓的动态晶粒细化的方法; (5)使熔断脱离的晶体碎粒不被重新熔化。这可通过浇铸温度来达到。 通过以上几个途径,可促进等轴晶的形成,细化晶粒,起到抑制柱状晶的作用:反 之,则促进柱状晶的发展,抑制等轴晶。 11.7凝固金属中的缺陷 偏析 合金凝固过程中,由于溶质的再分配,引起溶质元素的不均匀分布。这种化学成份第十一章 凝固理论基础 190 晶体的成长速度是各性异向的，最大成长速度的方向是平行于易于散热的相反方向晶体， 它挤压邻近的晶体而快速成长，其它晶体被淘汰，结果使晶体的数量 减少了，柱状晶区 就可能形成。 对给定的合金而言柱状晶区的范围在一定的浇铸温度范围内随着浇铸温度的提高而 增大；对于给定的角逐条件条件柱状晶区的范围随着合金元素含量的增加而减少。 柱状晶区的主要控制因素是在其前沿液体中是否出现了等轴晶。如果条件对形成等 轴晶不利，则柱状晶发达。因此，可以通过引起等轴晶的形成来控制柱状晶区的范围， 这是控制铸锭（件）组织的重要途径之一。 3 等轴晶区的形成机理 在等轴晶区中的晶体尺寸一般较激冷区的大。 等轴晶区的形成有四种机构： （1） 在激冷层形成之前在模壁上形成的颈缩晶体从模壁上脱落并通过液体的对流而 被带入铸模的中心区，如果液体金属的角逐温度不高，这些晶体不会被融化掉， 残存的晶体成为等轴晶的萌芽晶体。 （2） 在长大的枝晶的根部因熔体的对流和温度变化而熔断，这些熔断的枝晶碎粒由于 金属液体的对流而被带入中心区域，成为等轴晶形成的萌芽晶体。 （3） 铢锭自由表面上的小晶体的沉积。 （4） 铸锭（件）中心区域的过冷熔体均质或非均质形核长大的结果。 在铸锭（件）凝固过程中，这四种机构都是存在的。它们的作用取决于凝固的实际条件。 三、 凝固组织的控制 由于铸锭（件）中的激冷层很薄，主要是柱状晶和等轴晶区。所以研究凝固组织的 控制主要是指柱状晶和等轴晶相对比例的控制。 除了一些非常特殊的材料和应用外，如磁合金、单晶体等，一般在铸锭（件）中要求细 晶粒等轴晶组织，因为这种组织的性能是各向同性的的。为了获得这种组织则要求抑制 柱状晶长大，这可通过创造等轴晶形成的条件来达到。主要有如下的途径： （1） 增加形核机率。可通过提高液体金属的冷却强度、降低熔化温度、在液体金属中 加入少量的形核剂进行编制处理，以及一切能促进非均质形核的熔炼及角逐措施 等方法来达到； （2） 抑制晶体的长大。通过在液体金属中加入少量的成长抑制剂进行变质处理或采取 措施（如通电凝固）等来达到； （3） 使正在长大中的晶体产生“颈缩”（等轴晶根部颈缩或枝晶根部颈缩）。这可以通 过向液体金属加入偏析倾向大的合金元素来达到这个目的； （4） 促进颈缩的晶体脱离模壁或枝晶干。可以应用物理方法即加强液体金属的对流， 进行机械搅拌、振动或振荡的方法来达到，这就是所谓的动态晶粒细化的方法； （5） 使熔断脱离的晶体碎粒不被重新熔化。这可通过浇铸温度来达到。 通过以上几个途径，可促进等轴晶的形成，细化晶粒，起到抑制柱状晶的作用；反 之，则促进柱状晶的发展，抑制等轴晶。 11．7 凝固金属中的缺陷 一、 偏析 合金凝固过程中，由于溶质的再分配，引起溶质元素的不均匀分布。这种化学成份 190