連鑄工藝、設(shè)備-鋼液凝固的基本原理(完整版)
【正文】 二 .結(jié)晶的動力學(xué)條件 ① 均質(zhì)形核 在液相中直接產(chǎn)生晶核。 167。 2— 1 金屬的結(jié)晶條件 當(dāng)溫度降到凝固點以下時，金屬便由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w狀態(tài)，這一過程稱為結(jié)晶，也叫凝固。即在一定的過冷度下，液態(tài)金屬中一些體積很小的近程有序排列的“原子集團(tuán)”轉(zhuǎn)變成規(guī)則排列并穩(wěn)定下來的坯胎晶核，這一過程稱為均質(zhì)形核。 ⑵ 樹枝晶長大 一般結(jié)晶總是在溶質(zhì)偏析最小和散熱最快的地方優(yōu)先生長。鋼的凝固屬于非平衡結(jié)晶。 ΔX主要取決于鋼液的結(jié)晶溫 度范圍（ ΔT結(jié)晶 ）和凝固前沿熔體中的溫度梯度（ dT∕dX ）。 ?鋼液的結(jié)晶不僅與溫度過冷有關(guān)，還與結(jié)晶時液相成分的變化有關(guān)。 溶質(zhì)偏析越大，引起的成分過冷變化也越大。如圖所示： ?實際生產(chǎn)中，鋼液的結(jié)晶是一種非平衡結(jié)晶，必須在液相線溫度以下才能開始，并在固相線溫度以下才能結(jié)束。 ?樹枝偏析的形成： ⑵ 宏觀偏析的產(chǎn)生 由于凝固過程中 選 分結(jié)晶的作用，使兩相區(qū)樹枝晶間的液體富集了溶質(zhì)元素。如適宜的浸入式水口。 ? Me ? ＋ ? X ? = ( MeX ) 。 、形態(tài)和分布 ?加鈣或稀土 RE等元素，對夾雜物進(jìn)行變性處理； ?加 Mn，可提高 [Mn] ∕[Si] 比值，以生成 MnS夾雜物取代 FeS夾雜物，減小熱脆性。 ：鋼液從過熱度冷卻到液相線溫度時的收縮。 ?鋼的總收縮 e總 ＝ e液 ＋ e凝 ＋ e固 ?影響：縮孔、疏松、內(nèi)裂。 ⑵鋼中含碳量。 ： ⑴冷卻速度 在發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度范圍內(nèi)，冷卻速度越快，鑄坯內(nèi)外溫差越大，體積變化受到的阻力也越大。 干式冷卻可使鑄坯表面、心部溫度趨于一致，大大減少熱應(yīng)力的產(chǎn)生。 ： ?機(jī)械應(yīng)力對鑄坯的影響集中于兩相區(qū)，在鑄坯承受各種機(jī)械應(yīng)力的作用時，鑄坯尚未完全凝固，凝固前沿兩相區(qū)內(nèi)的柱狀晶晶間還存在少量的低熔點液體，此時柱狀晶之間的結(jié)合力很小，強度很低，如超過鑄坯縮能承受的變形量，則必然會使鑄坯的凝固前沿產(chǎn)生裂紋。因為 723℃ 正是它的相變溫度。 ⑶鋼中合金元素的含量。 2— 3 鑄坯凝固、冷卻過程應(yīng)力 一 .熱應(yīng)力（收縮應(yīng)力） ?鑄坯在凝固和冷卻過程中發(fā)生的凝固收縮和固態(tài)收縮受到阻礙時（通常表現(xiàn)為線收縮受阻時），將產(chǎn)生收縮應(yīng)力。 ：鋼液從液相線溫度冷卻到固相線溫度時的收縮。 ?縮小結(jié)晶時間，降低母液高濃度溶質(zhì)聚集及其形成的夾雜物。 ⑵ 減少夾雜物的措施 。攪拌可打碎樹枝晶、細(xì)化晶粒、減小偏析。密度差、體積收縮以及氣體的排出等 引起了液體的對流運動，將富集溶質(zhì)的液體帶到未凝固的區(qū)域， 從而導(dǎo)致了整個鑄坯內(nèi)溶質(zhì)元素的不均勻分布。這樣就使固相和液相的平均成分線都偏離了平衡時的固相線和液相線，所得固體先、后結(jié)晶的各部分具有不同的溶質(zhì)元素濃度： 結(jié)晶初期形成的樹枝晶較純，而后結(jié)晶的部分則含有較多的溶質(zhì)元素，造成了固體晶粒內(nèi)部溶質(zhì)濃度的不均勻性。 ?如果溶質(zhì)濃度的分布一定，即液相的熔點曲線一定時，成分過冷將隨溫度梯度而變化：溫度梯度越小，實際溫
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