凝固第四章ppt課件-資料下載頁(yè)
2025-05-02 12:02本頁(yè)面
【正文】 （ 431） 三、固液界面的形貌穩(wěn)定性 在凝固過(guò)程中，生長(zhǎng)中的晶體前沿，由于溫度的波動(dòng)，溶質(zhì)的排出以及晶界的存在等等，總是會(huì)受到擾動(dòng)，如圖 4－ 15所示，固液界面形貌呈正弦波形。如果擾動(dòng)隨時(shí)間而增強(qiáng)，則界面形貌是非穩(wěn)定的，此時(shí)，凸入液相中的部分推進(jìn)得更快，從而造成固液界面明顯的凸凹不平，有利于枝晶的發(fā)展。如果擾動(dòng)隨時(shí)間而減弱，則原來(lái)凸入液相中的部分將逐漸消失，而使固液界面變?yōu)槠矫?，是穩(wěn)定的。 000 )1(]1[DkkmCHvGSLSLSL ?????????????25 167。 ４ 4 胞晶組織與樹(shù)枝晶 一、胞晶與樹(shù)枝晶的形成 成分過(guò)冷一旦使平界面遭到破壞，在宏觀組織上就會(huì)出現(xiàn)胞狀晶。從圖 4－ 19(SnPb wPb=%)可以看出，當(dāng)成分過(guò)冷剛剛出現(xiàn)時(shí)，在固液界面上先是出現(xiàn)溶質(zhì)富集的凹坑，此乃平界面遭到破壞時(shí)的臨界狀態(tài)，根據(jù)成分過(guò)冷的判斷式，此時(shí)應(yīng)該是： G/v＜ mLC0（ 1K0） /(K0 DL) 胞狀晶組織只有在合金單向凝固的條件下才能看到。在等軸凝固的條件下，看不到胞晶組織，而只能看到樹(shù)枝晶組織。胞晶的生長(zhǎng)軸向通常是與熱流平行且與晶體學(xué)取向無(wú)關(guān)。 26 成分過(guò)冷時(shí)晶胞的形成和發(fā)展過(guò)程 27 隨著凝固速度的增加，胞晶生長(zhǎng)方向開(kāi)始轉(zhuǎn)向優(yōu)先的結(jié)晶生長(zhǎng)方向（立方晶體的金屬為100），胞晶的橫斷面也將受晶體學(xué)因素的影響而出現(xiàn)凸緣結(jié)構(gòu)。當(dāng)凝固速度進(jìn)一步增加時(shí)，在凸緣上又會(huì)出現(xiàn)鋸齒結(jié)構(gòu)，此即通常所說(shuō)的二次枝晶臂，我們把出現(xiàn)二次枝晶臂的胞晶稱為胞狀樹(shù)枝晶。 28 胞狀向胞狀枝晶轉(zhuǎn)變過(guò)程 a)規(guī)則的胞狀晶 , b)在 100晶向上規(guī)則胞晶的長(zhǎng)大 , c)凸緣胞狀晶 d)胞狀樹(shù)枝晶 29 自由樹(shù)枝晶又稱等軸晶，它是在沒(méi)有熱流的熔體內(nèi)部形成的。在單向凝固時(shí)，如果在固液界面前沿的液體中出現(xiàn)大范圍的成分過(guò)冷，也會(huì)出現(xiàn)等軸樹(shù)枝晶。 30 二、枝晶端部的溫度與溶質(zhì)濃度 存在著三種不同形式的樹(shù)枝晶，如圖 4－ 27 31 存在著三種不同形式的樹(shù)枝晶 1）純金屬的等軸晶，其長(zhǎng)大過(guò)程由熱擴(kuò)散控制。 2)合金的等軸晶，其長(zhǎng)大過(guò)程由熱擴(kuò)散及溶質(zhì)擴(kuò)散兩者控制。 3）合金的柱狀樹(shù)枝晶，由于存在著正的溫度梯度，其長(zhǎng)大過(guò)程主要由溶質(zhì)擴(kuò)散控制。 32 枝晶生長(zhǎng)模型 33 生長(zhǎng)速度與枝晶間距 為了確定枝晶生長(zhǎng)速度 v、枝晶尖端曲率半徑 R和 SL界面處液相成分之間的關(guān)系，建立枝晶端部的溶質(zhì)平衡方程： 把枝晶主桿看成園柱體，端部為半球形 園柱橫截面面積： A=πR2 園柱端部表面積： An=2 πR2 枝晶長(zhǎng)大，單位時(shí)間排出的溶質(zhì)量： J1=Av(CL*－ CS*)= πR2vC *L（ 1K0） 34 與此同時(shí)，枝晶端部前沿液相內(nèi)溶質(zhì)單位時(shí)間的擴(kuò)散量為： 達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)： J1＝ J2，即 枝晶端部的溶質(zhì)濃度梯度，可以近似地看作長(zhǎng)大著的球體前沿的溶質(zhì)濃度梯度，即 代入上式得： RLRnL drdCDRdrdCADJ )(2)( 22 ????RLL drdCDkvC )(2)1(0* ???RCCdrdC LR /)()( 0* ??)1(/)(2/ 0*0* kCCCDvR LLL ???35 三、枝晶臂間距 一次枝晶臂間距 實(shí)際當(dāng)中，凝固速度較大，得到胞晶組織是困難的，柱狀樹(shù)枝晶組織經(jīng)常遇到，其一次枝晶臂是由胞狀晶生長(zhǎng)軸發(fā)展而成的，一次枝晶臂間距對(duì)單向凝固鑄件的性能具有很大意義。 在強(qiáng)制性生長(zhǎng)條件下，一次臂間距和凝固速度、溫度梯度直接相關(guān)，一定的生長(zhǎng)條件，一次臂間距是一定的，凝固速度、溫度梯度的增加均會(huì)使一次臂間距變細(xì)，另外，大的結(jié)晶溫度間隔將會(huì)使一次枝晶臂間距變大。 二次枝晶臂間距 在枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中，二次枝晶臂由于它們的曲率不同，會(huì)造成各枝晶臂附近液相內(nèi)溶質(zhì)濃度的差別，枝晶曲率半徑越小，附近液相溶質(zhì)濃度越低，溶質(zhì)濃度梯度的存在將促進(jìn)溶質(zhì)從粗枝處向細(xì)枝處擴(kuò)散，造成細(xì)枝熔化和粗枝變粗。因此，在固、液兩相區(qū)停留時(shí)間越長(zhǎng)，上述過(guò)程進(jìn)行得越充分，二次枝晶臂間距變得越大。 36 37 167。 ４ 5 微觀偏析 微觀偏析多指枝晶干（或胞晶干）心部與枝晶間（或胞晶間）成分上的差異，可以用偏析比 SR表示微觀偏析的大小，即 : SR=（枝晶間最大溶質(zhì)濃度） /（枝晶干最小溶質(zhì)濃度） 可以用探針測(cè)定，打出枝晶斷面上不同位置上的溶質(zhì)濃度。 38 枝晶微觀偏析的等濃度線
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