第十一章凝固理论基础 前沿液体中的实际温度低于溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷,称为成份过冷 显然,决定成份过冷大小及其分布的基本因素是凝固时界面前沿液体中溶质浓度与实际 温度的分布情况 图119示意了K0(1的合金产生成份过冷的情况。其中图a为K0<1合金相图一角 所选合金成份C。图b为液固界面前沿液体具有温度梯度的实际温度分布。假定假定的 溶质仅通过扩散而混合,且已达到稳定凝固阶段,正如前所述,此时介面前沿液体出现 的富集边界层具有图c所示的溶质分布曲线。在平面推移的凝固过程中,由于溶质在界 面两侧处于平衡状态,故液体中溶质浓度的改变,可通过相图中液相线确定相应的凝固 温度变化。如对照图a与c,即可作出这种凝固温度变化曲线d。至此,凝固时界面前沿 液体中的成份过冷便可由图b的实际温度分布线与图d的凝固温度分布线迭加而综合体 现出来,如图e所示。其中打影线部分为成份过冷区,它的宽度表明了产生成份过冷的 液相层的厚度(过冷区厚度) 11.6凝固过程组织控制 铸锭(件)宏观的组织 铸锭(件)的组织,包括晶粒的形状、大小、分布状况及溶质的重新分布形式等, 对铸锭(件)的性能尤其是机械性能有很大三影响。液态金属在凝固过程中,根据液态 金属所含溶质种类和数量、浇铸方法和条件,可产生不同的凝固组织。 一般来讲,工业上的铸锭(件)在凝固后的宏观组织非三个性质晶体形态不同的区 域(见图11-10),这三个区域是 (1)激冷区:近邻型壁的一个外壳层,由无规则排列的细小等轴晶粒组成 (2)柱状晶区:由垂直于型壁,彼此平行的柱状晶粒组成 (3)等轴晶区:处于铸锭(件)中心,由等轴晶粒组成 这三个区域的大小随凝固条件的不同而变化。一般而言,激冷区较薄,其余两个比 较厚。随凝固条件的不同,柱状晶和等轴晶区在铸件表面所占的面积是不同的,有时甚 至有全部由等轴晶(叫作“穿晶”)或全部由柱状 晶组成的情况。 二、三个晶区的形成机理 1激冷区的形成机理 片/ 经典理论对激冷区细小等轴晶形成的解释 是:液态金属刚一进入锭模,与型壁接触的部分 受到剧烈的冷却,获得很大的过冷度,于是在近 邻型壁的那部分液体中产生大量的晶核,这些晶 核成长相互抑制,在表面层处形成细小的等轴晶 区。后来的研究表明,在凝固前沿的液体对流 引起局部的温度变化,造成晶体的脱离、根部熔 断和沉淀,对激冷层的形成也起着很大作用。激图110铸锭和铸件的宏观组织示意图 冷和液体流动是激冷层产生的主要原因 1一激冷区2一柱状品区3一等轴晶区 2柱状晶区的形成机理 柱状晶区的晶体主要起源于激冷区。激冷区中的晶体向铸锭(件)着继续生长,因第十一章 凝固理论基础 189 前沿液体中的实际温度低于溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成份过冷。 显然，决定成份过冷大小及其分布的基本因素是凝固时界面前沿液体中溶质浓度与实际 温度的分布情况。 图 11-9 示意了 K〈0 1 的合金产生成份过冷的情况。其中图 a 为 K0<1 合金相图一角， 所选合金成份 C0。图 b 为液固界面前沿液体具有温度梯度的实际温度分布。假定假定的 溶质仅通过扩散而混合，且已达到稳定凝固阶段，正如前所述，此时介面前沿液体出现 的富集边界层具有图 c 所示的溶质分布曲线。在平面推移的凝固过程中，由于溶质在界 面两侧处于平衡状态，故液体中溶质浓度的改变，可通过相图中液相线确定相应的凝固 温度变化。如对照图 a 与 c，即可作出这种凝固温度变化曲线 d。至此，凝固时界面前沿 液体中的成份过冷便可由图 b 的实际温度分布线与图 d 的凝固温度分布线迭加而综合体 现出来，如图 e 所示。其中打影线部分为成份过冷区，它的宽度表明了产生成份过冷的 液相层的厚度（过冷区厚度）。 11．6 凝固过程组织控制 一、 铸锭（件）宏观的组织 铸锭（件）的组织，包括晶粒的形状、大小、分布状况及溶质的重新分布形式等， 对铸锭（件）的性能尤其是机械性能有很大三影响。液态金属在凝固过程中，根据液态 金属所含溶质种类和数量、浇铸方法和条件，可产生不同的凝固组织。 一般来讲，工业上的铸锭（件）在凝固后的宏观组织非三个性质晶体形态不同的区 域（见图 11-10），这三个区域是： （1） 激冷区：近邻型壁的一个外壳层，由无规则排列的细小等轴晶粒组成； （2） 柱状晶区：由垂直于型壁，彼此平行的柱状晶粒组成； （3） 等轴晶区：处于铸锭（件）中心，由等轴晶粒组成。 这三个区域的大小随凝固条件的不同而变化。一般而言，激冷区较薄，其余两个比 较厚。随凝固条件的不同，柱状晶和等轴晶区在铸件表面所占的面积是不同的，有时甚 至有全部由等轴晶（叫作“穿晶”）或全部由柱状 晶组成的情况。 图 11-10 二、 三个晶区的形成机理 1 激冷区的形成机理 经典理论对激冷区细小等轴晶形成的解释 是：液态金属刚一进入锭模，与型壁接触的部分 受到剧烈的冷却，获得很大的过冷度，于是在近 邻型壁的那部分液体中产生大量的晶核，这些晶 核成长相互抑制，在表面层处形成细小的等轴晶 区。后来的研究表明，在凝固前沿的液体对流， 引起局部的温度变化，造成晶体的脱离、根部熔 断和沉淀，对激冷层的形成也起着很大作用。激 冷和液体流动是激冷层产生的主要原因。 2 柱状晶区的形成机理 柱状晶区的晶体主要起源于激冷区。激冷区中的晶体向铸锭（件）着继续生长，因 189