连铸坯宏观组织及控制.ppt

关于连铸：1,Ladle
2,Tundish
3,Mold
4,PlasmaTorch
5,Stopper
6,StraightPartminimum2Meters第三讲连铸坯宏观组织及控制第一节铸坯（锭）的宏观组织
第二节表面激冷区及柱状晶区的形成
第三节内部等轴晶的形成机理
第四节铸坯宏观结晶组织的控制
第五节焊接熔池凝固及控制第一节铸坯(锭)的宏观组织几种不同类型的铸件宏观组织示意图
（a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶
①激冷层：铸坯表皮由细小等轴晶组成，叫激冷层，是在结晶器弯月面处冷却速度最高的条件下形成的。宽度一般为2～5mm，主要决定于钢水过热度，浇注温度越高，激冷层就越薄；温度越低，激冷层就厚一些。
②柱状晶区：铸坯激冷层形成过程中的收缩，使结晶器弯月面以下约100～150mm的器壁处产生了气隙，降低了传热速度。同时，钢液内部向外散热使激冷层温度升高，不再产生新的晶核。在钢液定向传热得到发展的条件下，柱状晶带开始形成。靠近激冷层的柱状晶很细，基本上不分叉。从纵断面看，柱状晶并不完全垂直于表面而是向上倾斜一定角度（约10°），从外缘向中心，柱状晶个数由多变少呈竹林状。柱状晶的发展是不规则的，在某些部位可能会贯穿铸坯中心形成穿晶结构。对于弧形连铸机，铸坯低倍结构具有不对称性。由于重力作用，晶体下沉，抑制了外弧柱状晶生长，故内弧侧柱状晶比外弧侧要长些，且铸坯内裂纹也常常集中在内弧侧。
③中心等轴晶区：随着凝固前沿的推移，凝固层和凝固前沿的温度梯度逐渐减小，两相区宽度不断扩大，铸坯心部钢水温度降至液相线温度后，大量等轴晶产生并迅速长大，形成无规则排列的等轴晶带。中心区有可见的不致密的疏松和缩孔并伴随有元素的偏析（如S、P、C、Mn）。与钢锭比较，由于连铸坯柱状晶的发展，中心等轴晶区要窄得多，晶粒也细一些。柱状晶的特点是各向异性，对于诸如磁性材料、发动机和螺旋浆叶片等这些强调单方向性能的情况，采用定向凝固获得全部柱状晶的零件反而更具优点。
如何在技术上有效地控制铸件的宏观组织十分重要。因此有必要了解各晶区组织的形成机理。第二节表面激冷区及柱状晶区的形成一、表面激冷区的形成一、表面激冷区的形成当表层细晶区形成后，模壁的温度也随之升高，细晶区前面的液体散热能力下降，过冷度也下降。但是在各方向上散热能力的下降是不同的。垂直于模壁的方向显出散热优势，有利于晶粒逆着传热方向不断地向液相区生长。
而在平行模壁方向散热能力较差，并且晶粒径向仅能长大较短距离相邻晶粒就互相接触，停止生长。因此在细晶区形成后，接着形成了一个柱状晶区。
柱状晶区金属较致密，沿柱状晶轴向强度很高，但近于平行的柱状晶晶粒之间的径向结合强度却较低。柱状晶区有明显的各向异性。当对铸锭进行塑性变形时柱状晶区易出现晶间开裂。另外，当不同方位上的柱状晶区相遇时，会产生一个柱状晶区的交界。此处的杂质、气泡、缩松等较多，成为铸锭的脆弱结合面。当铸锭接受塑性变形时此处也易开裂。因此，除塑性极好的一些有色金属的铸锭外，并不希望获得柱状晶区。
在铸造工艺上，常采用振动方法来破坏柱状晶区的形成和长大，也常采用变质处理来阻碍柱状晶长大，并促进中心等轴晶区的扩大来减少柱状晶区。另外，避免金属液过热浇注也会防止柱状晶区过大。

当柱状晶向液相中生长到一定深度后，垂直于模壁方向的散热优热将不再明显。
尤其是当已凝固区随温度下降而使体积收缩与模壁之间出现间隙时传热速度降低，剩余液相金属的冷却速度也会进一步降低，温度梯度减小，趋于均匀冷却，柱状晶的生长将会变慢。此时剩余液体中也会有一些新晶粒的形成并长大。因无散热优势方向，新晶粒将会长成等轴晶粒。又因剩余液体散热慢，过冷度较小，产生的自发晶核数量有限，故晶粒长得较大(但若有非自发晶核存在，晶粒不会长得很大)。从而在相邻柱状晶区的铸锭心部地区形成一个晶粒较粗的等轴晶区。
由于此区是最后凝固的，因此，一些低熔点的杂质或合金元素可能偏多些，以及液体补充不足而出现中心偏析及疏松。二、柱状晶区的形成铸
型柱状晶结构有以下弱点：

①柱状晶的枝干较纯，而枝晶偏析较严重，热变形后由于枝晶偏析区被延伸，组织具有带状特性。这样使钢的力学性能具有明显的方向性，特别是使钢的横向性能和韧性降低；

②在柱状晶交界面，由于杂质（硫、磷夹杂物）的沉积，构成了薄弱面，是裂纹容易扩展的地方，加工时易脆裂；

③柱状晶充分发展时，铸坯可形成穿晶结构，会造成中心疏松和缩孔，降低了致密度，增加了中心偏析。

因此，抑制柱状晶生长而扩大等轴晶区，是改善铸坯质量的一个重要任务。
连铸坯中柱状晶区和等轴晶区的相对大小主要决定于浇注温度。浇注温度高，柱状晶区就宽。低碳钢过热度大于20℃，柱状晶宽度就急剧增加，因此，接近钢种的液相线温度浇注是扩大等