2.4 次凝固与结晶理论的应用The applications of solidificationand crystallization theory晶科.液体金属·····.···?炉壁.向O加热器上埔特璃籽晶..水冷底盘下楼
2.4 凝固与结晶理论的应用 The applications of solidification and crystallization theory
2.4.凝固与结晶理论的应用The applications of solidification andcrystallization theoryControl of crystalline grain?2.4.1铸态晶粒度的控制degree for casting)Orientationsolidifying定向凝固技术（2.4.2technology)(Summary)·本章小结“铁碳合金相图”课堂讨论提纲“iron-(A classroom discussing outline aboutcarbon alloy diagram
2.4 凝固与结晶理论的应用 The applications of solidification and crystallization theory •2.4.1 铸态晶粒度的控制 ( Control of crystalline grain degree for casting ) •2.4.2 定向凝固技术 ( Orientation solidifying technology ) •本章小结（Summary） •“铁碳合金相图”课堂讨论提纲 (A classroom discussing outline about “ironcarbon alloy diagram” )
2.4.1 铸态晶粒度的控制（Controlofcrystalline grain degree for casting )·晶粒大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。·晶粒大小对金属力学性能有很大影响。在常温下，金属的晶粒越细小强度、硬度则越高；同时塑性、韧性也越好。表2.5列出了晶粒大小对纯铁力学性能的影响。由表可见，细化晶粒对于提高金属材料常温力学性能作用很大，这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。但对于在高温下工作的材料，晶粒过大或过小都不好。而对于制造电动机和变压器的硅钢片等，则希望晶粒越大越好。因晶粒越大则其磁滞损耗越小，磁效应越高。表2-5口晶粒大小对纯铁力学性能的影响伸长率/%晶粒平均直径/mm抗拉强度/Pa屈服强度/Pa4.0*1016.5*109.7028.818.0*1073.8*107.0030.621.1*104.4*102.5039.526.3*105.7*100.2048.826.4*1076.5*100.1650.727.8*1011.6*100.1050.0
2.4.1 铸态晶粒度的控制 ( Control of crystalline grain degree for casting ) •晶粒大小称为晶粒度 •晶粒大小对金属力学性能有很大影响。在常温下，金属的晶粒越细小， 强度、硬度则越高;同时塑性、韧性也越好。表2.5列出了晶粒大小对纯铁 力学性能的影响。由表可见，细化晶粒对于提高金属材料常温力学性能 作用很大，这种用细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。 •但对于在高温下工作的材料，晶粒过大或过小都不好。而对于制造电动 机和变压器的硅钢片等，则希望晶粒越大越好。因晶粒越大则其磁滞损 耗越小，磁效应越高。 晶粒平均直径/mm 抗拉强度/Pa 屈服强度/Pa 伸长率/% 9.70 16.5*107 4.0*107 28.8 7.00 18.0*107 3.8*107 30.6 2.50 21.1*107 4.4*107 39.5 0.20 26.3*107 5.7*107 48.8 0.16 26.4*107 6.5*107 50.7 0.10 27.8*107 11.6*107 50.0 表2-5 晶 粒 大 小 对 纯 铁 力 学 性 能 的 影 响
2.4.1 铸态晶粒度的控制（Controlofcrystalline grain degree for casting )金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。晶粒大小取决于形核的数目和长大速度。单位时间、单位体积内形成晶核的数目叫形核率(N)，晶核单位时间生长的平均线长度叫长大速度（G)。其比值N/G越大，则晶粒越细小。在工业生产中，常采用以下几种方法来控制晶粒度：GN1.控制过冷度N和G都与AT有关，增大结晶时ATN和G均随之增加，但两者增大的速率不同，N增长率>G增长率，如图2-24所示。在一般金属结晶时过冷范围内，△T越大，则N/G越大，因而晶粒越细小。但此法仅适用于小型薄壁件2.化学变质处理变质处理又叫孕育处理，它是在浇注前往液态金属中加入变质剂，促进非自发形核，抑AT制晶粒长大，从而得到细化晶粒之目的。3.增强液体流动法对即将结晶的金属，采用振动、搅拌、超声波处理等增强金属液体流动的方法，一方面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方图2.24过冷度对N和G影面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，这已成响为一种有效的细化晶粒组织的重要手段
2.4.1 铸态晶粒度的控制 ( Control of crystalline grain degree for casting ) •金属结晶时，每个晶粒都是由一个晶核长大而成的。晶粒大小取决于形核的数目 和长大速度。单位时间、单位体积内形成晶核的数目叫形核率(N)，晶核单位时间 生长的平均线长度叫长大速度(G)。其比值N/G越大，则晶粒越细小。 图2.24 过冷度对N和G影 响 在工业生产中，常采用以下几种方法来控制晶粒度： 1. 控制过冷度 N和G都与ΔT有关，增大结晶时ΔT， N和G均随之增加，但两者增大的速率不同，N增长率 ＞G增长率，如图2-24所示。在一般金属结晶时过冷 范围内，ΔT越大，则N/G越大，因而晶粒越细小。但 2.化学变质处理 变质处理又叫孕育处理，它是在浇 注前往液态金属中加入变质剂，促进非自发形核，抑 制晶粒长大，从而得到细化晶粒之目的。 3.增强液体流动法 对即将结晶的金属，采用振动、 搅拌、超声波处理等增强金属液体流动的方法，一方 面是依靠从外面输入能量促使晶核提前形成，另一方 面是使成长中的枝晶破碎，使晶核数目增加，这已成 为一种有效的细化晶粒组织的重要手段
2.4.2定向凝固技术（Orientationsolidifying technology)定向凝固是控制冷却方式，使铸件从一端开始凝固，按一定方向逐步向另一端发展的结晶过程。前已用这种定向凝固法生产出整个制件都是由同一方向的柱状晶所构成的零件，如蜗轮叶片等。由于沿柱状晶轴向的性能比其它方向性能好而叶片工作条件恰好要求沿这个方向上受最大的负荷，因此这样的叶片具有良好的使用性能。为了获得单向的柱状晶，必须采用定向凝固技术。·图2-25表示快速逐步凝固法实现定向凝固的示意图。金属液体注入铸型后，保持数分钟以达到热稳定，在这段时间内沿铸件轴向造成一定的温度梯度，在用水激冷的铜板表面开始凝固，然后把水冷铜板连同铸型以一定的速度从加热区退出，直至铸件完全凝固为止。用这种方法获得的柱状晶比较细小，性能优良。......液体金属·炉塑加热器铸模一图2.25定向凝固装置示意图水水冷底盘下移
2.4.2 定向凝固技术 ( Orientation solidifying technology ) •定向凝固是控制冷却方式，使铸件从一端开始凝固，按一定方向逐步向另一端发 展的结晶过程。目前已用这种定向凝固法生产出整个制件都是由同一方向的柱状 晶所构成的零件，如蜗轮叶片等。由于沿柱状晶轴向的性能比其它方向性能好， 而叶片工作条件恰好要求沿这个方向上受最大的负荷，因此这样的叶片具有良好 的使用性能。为了获得单向的柱状晶，必须采用定向凝固技术。 •图2-25表示快速逐步凝固法实现定向凝固的示意图。金属液体注入铸型后，保持 数分钟以达到热稳定，在这段时间内沿铸件轴向造成一定的温度梯度，在用水激 冷的铜板表面开始凝固，然后把水冷铜板连同铸型以一定的速度从加热区退出， 直至铸件完全凝固为止。用这种方法获得的柱状晶比较细小，性能优良。 ←图2.25 定向凝固装 置示意图