鑄件及焊縫宏觀組織及其控制(編輯修改稿)
2025-05-30 03:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 液的物理化學、晶體學和熱作用，強制金屬液生核，并改變鑄型中金屬液的溫度分布，從而改變金屬凝固方式。 適用范圍 ： 各種鑄鋼件、鑄鐵件、及有色合金件。 不需要特殊設(shè)備，僅要求簡單輔助工裝。 材料成形基本原理 44 二、孕育處理 ? 孕育處理是澆注之前或澆注過程中向液態(tài)金屬中添加少量物質(zhì)以達到細化晶粒、改善宏觀組織目的的一種工藝方法。 ? 孕育 ( Inoculation)主要是 影響生核過程和促進晶粒游離 以細化晶粒；而變質(zhì)（ Modification）則是改變晶體的生長機理 ，從而影響晶體形貌。變質(zhì)在改變共晶合金的非金屬相的結(jié)晶形貌上有著重要的應(yīng)用，而在等軸晶組織的獲得和細化中采用的則是孕育方法。 材料成形基本原理 45 孕育劑作用機理的兩類觀點 ? 孕育主要起非自發(fā)形核作用 ?通過在生長界面前沿的成分富集而使晶粒根部和樹枝晶分枝根部產(chǎn)生縮頸，促進枝晶熔斷和游離而細化晶粒。 孕育劑含有直接作為非自發(fā)生核的物質(zhì) 孕育劑能與液相中某些元素 反應(yīng) 生成較穩(wěn)定的 化合物 而產(chǎn)生非自發(fā)生核 在液相中造成很大的 微區(qū)富集 而迫使結(jié)晶相提前彌散析出而生核 材料成形基本原理 孕育鑄鐵 ? 孕育處理后的灰鑄鐵叫做孕育鑄鐵。 ? 孕育處理就是：在澆注前，向鐵水中加入一定量的孕育劑硅鐵、硅鈣合金等，使鐵水內(nèi)同時生成大量均勻分布的非自發(fā)核心，以獲得細小均勻的石墨片，并細化基體組織，提高鑄鐵強度；避免鑄件邊緣及薄斷面處出現(xiàn)白口組織，提高斷面組織的均勻性。 ? 孕育鑄鐵適合于動載荷較小、靜載荷較大、要求耐磨和減震的重要鑄件，尤其是厚大截面的鑄件。 46 材料成形基本原理 47 材料成形基本原理 球墨鑄鐵 1947年 1)、定義：在澆注前向鐵水中 加入球化劑和孕育劑 進行球化處理和孕育處理，獲得石墨呈球狀分布的鑄鐵，稱為球墨鑄鐵，簡稱“球鐵”。 灰口鑄鐵經(jīng) 孕育處理 后雖然細化了石墨片，但 球狀石墨則是最為理想的一種石墨形態(tài)。 2)、球墨鑄鐵的組織 對基體割裂作用進一步減輕 材料成形基本原理 球墨鑄鐵的生產(chǎn) （ 1） 鐵液的化學成分 : C↑(%) ， Si（ %）， S、 P↓ 球化劑（稀土鎂合金 )的作用： 使石墨呈球狀析出；加入量 %鐵液質(zhì)量。 （ 2）球化劑和孕育劑 孕育劑 (硅鐵 75%Si)的作用： 促使石墨化，防白口。加入量 %鐵液質(zhì)量。 材料成形基本原理 球墨鑄鐵的生產(chǎn) (3)球化處理 常用沖入法 材料成形基本原理 51 合金種類 孕育劑主要組元 加入量 wt% 加入方法 碳鋼及合金鋼 Ti ~ 鐵合金 V ~ B ~ 鑄鐵 SiFe， Ca, Ba, Sr ~， 與 SiFe復(fù)合 鐵合金 鋁合金 Ti, Zr , Ti+B, Ti+C Ti:。 Zr:； 復(fù)合 : B或 。 AlTi, AlZr,AlTiB, AlTiC中間合金 過共晶 AlSi合金 P ≥ AlP， CuP， FeP 中間合金 銅合金 Zr, Zr+B, Zr+Mg, Zr+Mg+Fe+P 純金屬或中間合金 鎳基高溫合金 WC, NbC 碳化物粉末 合金常用孕育劑的主要元素情況 材料成形基本原理 52 鋯和稀土元素細化 AlMg 合金鑄態(tài)組織的機理探討（ 2022） ? 實驗：在 AlMg 合金中加入相同含量的 Zr ,La 和 Er不同成分的實驗合金在 800 ℃ 下熔化并保溫相同時間 . 蘇婕 ,肖于德 ,黎文獻 ,吳永玉 材料與冶金學報 材料成形基本原理 53 鋯和稀土元素細化 AlMg 合金鑄態(tài)組織的機理探討 ? 金相觀察 材料成形基本原理 54 鋯和稀土元素細化 AlMg 合金鑄態(tài)組織的機理探討 ? 鑄態(tài)組織 材料成形基本原理 55 Zr的分布 材料成形基本原理 56 Re的分布 材料成形基本原理 57 鋯和稀土元素細化 AlMg 合金鑄態(tài)組織的機理探討 結(jié)論 (1) Zr 和 RE 的加入都能使鋁鎂合金凝固時形成的柱狀晶區(qū)減小或退化 ,等軸晶區(qū)相應(yīng)增大 ,合金的凝固結(jié)晶方式發(fā)生了變化 . 其中 Zr 和 RE的復(fù)合添加效果最好 ,單獨添加 Zr 次之 ,單獨添加 RE 效果較差 . (2) Zr 能明顯地細化鋁鎂合金的鑄態(tài)組織 ,其細化機理是凝固時作為 α Al 的領(lǐng)先相 ,起異質(zhì)形核作用 ,從而細化晶粒 . (3) RE 在鋁鎂合金的細化機理是凝固時富集于界面前沿 ,增大了合金的成分過冷從而細化晶粒。 (4) RE(La 、 Er) 的加入 ,并未與 Zr 形成面心立方 Al3 X 型金屬間化合物 . Zr 與 RE 在鋁合金中的細化機制不相同 . 材料成形基本原理 58 孕育衰退 （孕育效果逐漸減弱） ? 孕育劑加入合金液后要經(jīng)歷一個孕育期和衰退期。 ? 在孕育期內(nèi)，作為孕育劑的中間合金的某些組分完成熔化過程，或與合金液反應(yīng)生成化合物，起細化作用的異質(zhì)固相顆粒均勻分布并與合金液充分潤濕，逐漸達到最佳的細化效果。 ? 當細化效果達到最佳值時澆注是最理想的，隨合金熔化溫度和孕育劑種類的不同，達到最佳細化效果所需要的時間也不同。 ?幾乎所有的孕育劑都有在孕育處理后一段時間出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象，因此孕育效果不僅取決于孕育劑的本身，而且也與孕育處理工藝密切相關(guān)。 ?一般處理溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育劑均勻散開的前提下，應(yīng)盡量降低處理溫度。 ?孕育劑的粒度也要根據(jù)處理溫度、被處理合金液量和具體的處理方法來選擇。 材料成形基本原理 59 三、動力學細化 1．鑄型振動 2．超聲波振動 3．液相攪拌 4．流變鑄造 材料成形基本原理 60 1．鑄型振動 ? 在凝固過程中振動鑄型可 使液相和固相發(fā)生相對運動，導致枝晶破碎形成結(jié)晶核心。離心鑄造 時若周期改變旋轉(zhuǎn)方向可獲得細小等軸晶，說明液相和固相發(fā)生相對運動所起的細化晶粒作用。 ? 振動還可引起 局部的溫度起伏，有利于枝晶熔斷。 ? 振動鑄型可 促使“晶雨”的形成 。 立式離心鑄造機 材料成形基本原理 61 2．超聲波振動 ? 超聲波振動可在液相中產(chǎn)生空化作用，形成空隙，當這些空隙崩潰時，液體迅速補充，液體流動的動量
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