铸锭组织形成机理及在生产中应用.docx

铸锭组织形成机理及在生产中应用铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。在实际生产中，液态金属是在铸锭模或铸型中凝固的，前者得到铸锭，后者得到铸件。虽然它们的结晶过程遵循着结晶的普遍规律，但是由于铸锭或铸件冷却条件的复杂性，因而给铸件组织带来很多特点。对铸件来说，铸态组织直接影响到它的力学性能和使用寿命；对铸锭来说，铸态组织不但影响到它的压力加工性能，而且还影响到压力加工后的金属制品的组织和性能。因此，应该，应该了解铸锭或铸件的组织及其形成规律，并设法改善铸锭或铸件的组织。1铸锭的分类1.1静态铸锭静态铸锭仅是单纯将熔化的金属倒入永久的铸模中凝固后，将铸锭从铸模中抽出，铸模可以再次使用。每年用这种方法生产出数以百万吨的钢。1.2半连续铸锭半连续铸锭工艺在铝工业中用于制造大多数的铸造合金，由这些合金加工出棒料、薄板、板条和板材的形状。在这一工艺中，熔化的铝被传送到一个由水冷却的永久铸模中，在铸模的长活塞上装有活动底座。在铸模表面进一步凝固而形成一层坚硬的“皮”之后，活塞向下运动，更多的金属连续填入容器中。最后，活塞运动至全长，过程停止。铝工业中常规的方法是利用适当润滑的金属铸模。然而，工艺的改进已经允许主要的铝合金生产者用一种电磁场取代（至少部分取代）金属铸模以使熔化的金属仅仅短暂地接触到金属铸模，因此与传统方法相比可以生产出光洁度更高的产品。1.3连续铸锭连续铸锭为钢和铜工业提供了主要的铸材资源，而且在铝工业中增长迅速。在这一工艺中，熔化的金属被送到一个永久铸模中，铸造开始时与半连续铸造极为相似。然而，该过程不是在一定时间后停止，凝固的铸锭被连续剪成或切成一定长度并且在铸造过程中被运走。因此，该过程是连续的，凝固的棒料或板条像铸造一样被迅速运走。与传统铸造工艺相比这一方法有许多经济优势；因此，所有的现代钢厂都生产连续铸造的产品。2铸锭组织形成机理金属的铸态组织包括：铸态组织包括晶粒的大小、形状和取向，合金元素和杂质的分布以及铸锭中的缺陷如缩孔、气孔等等。因此应该了解铸锭或铸件的组织及其形成规律,并设法改善铸锭或铸件的组织对铸件来说，铸态组织直接影响到它的机械性能和使用寿命；对铸锭来说，铸态组织不但影响到它的压力加工性能，而且还影响到压力加工后的金属制品的组织及性能。2.1铸锭三晶区的形成纯金属铸锭的宏观组织通常由三个晶区所组成，即外表层的细品区，中间的柱状晶区和心部的等轴晶区。（1）表层细晶区表层细晶区或激冷层的形成：当高温的金属液体倒入铸型后，结晶首先从型壁处开始。这是由于温度较低的模壁有强烈地吸热和散热作用，使靠近型壁的一薄层液体产生极大地过冷，加上模壁可以作为非均匀形核的基底，因此在此一薄层液体中立即产生大量的晶核，并同时向各个方向生长。由于晶核数目很多，故邻近的晶粒很快彼此相遇，不能继续生长，这样便在靠近模壁处形成一很细的薄层等轴晶粒区。表层细晶区的形核率和厚度决定于下列因素：1.模壁的形核能力以及模壁处所能达到的过冷度大小，后者主要依赖于铸型的表面温度、铸型的热传导能力和浇注温度等因素。2.如果铸型的表面温度低，热传导能力好，以及浇注温度较低的话，便可以获得较大的过冷度，从而使形核率增加，细晶区的厚度即可増大。3.相反，如果浇注温度髙，铸锭模的散热能力小而使其温度很快升高的活，就可大大降低晶核数目，细品区的厚度也要减小。（2）柱状晶区：柱状晶区由垂直于模壁的粗大的柱状晶所构成。在表层细晶区形成的同时，一方面模壁的温度由于被液态金属加热而迅速升高，另一方面由于金属凝固后的收缩，使细晶区和型壁脱离，形成一空气层，给液态金属的继续散热造成困难。此外，细品区的形成还释放出了大量的结晶潜热，也使型壁的温度升离，上述种种原因均使液态金属冷却减慢，温度梯度变得平缓，这时开始形成柱状晶区。这时开始形成柱状晶区这是因为：尽管在结晶前沿液体中有适当的过冷度,这一过冷度很小，使之不能生成新的晶核，但它有利于细晶区靠近液相的某些小晶粒的继续长大，而离柱状品前沿稍远处的液态金属尚处于过热之中，无法另行生核，因此结晶主要靠晶粒的继续长大来进行。l垂直于型壁方向散热最快，因而晶体沿其相反方向择优生长成柱状晶。晶体的长大速度是各向异性的，一次轴方向长大速度最大,但是由于散热条件的影响，因此只有那些一次晶轴垂直于型壁的晶粒长大速度最快，迅速地优先长入液体中，由于这些优先成长的晶粒并排向液体中生长，侧面受到彼此的限制而不能侧向生长，只能沿散热方向生长，结果便形成了柱状晶区。穿晶组织以及穿晶组织的4个形成条件：1.如果已结晶的固相的导热性好2.散热速度很快3.始终能保待定向散热4.并且在柱状晶前沿的液体中没有新形成的晶粒阻挡5.那么柱状晶就可以一直长大