铝合金熔炼及铸轧基础知识课件

1、铝合金的熔炼及铸轧铝合金的熔炼及铸轧一、超级铝二、金属的凝固三、铝合金熔炼四、铝合金铸轧主要内容主要内容一、超级铝一、超级铝 1.1 超级铝 在现有金属装备基础上将金属合金性能提高50%-80%。 1.2 实现的途径 （1）熔炼 （2）铸造 （3）变形 （4）热处理 1.3 1.3 合金特征合金特征 （1）超净 a 无夹渣（5m）；b 氢含量少 （2）超细 a 晶粒细；b 第二相细 （3）超匀 a 成分均匀；b 组织均匀 二、金属的凝固二、金属的凝固 2.1 金属凝固的分类 1.重力条件下的凝固 平衡凝固冷却速度很慢的凝固。固-液界面完全 平衡，即界面处的固相、液相成分由 合金状态图确定。 准

2、平衡凝固冷却速度较快，但固-液界面局部平 衡，界面的溶质分布仍遵循合金状态 图的规律。 非平衡凝固冷却速度很大（106/s）,界面不平衡， 界面的溶质分布规律不遵循状态图。其理论 尚未完全建立。 2.2 微重力凝固 即失重状态下的凝固，重力加速度g9.8m/s2（如太空中的凝固）。获得微重力环境的主要方法有：落塔、落管；飞机、火箭的下降；太空轨道飞行。 2.3超重力凝固 重力加速度g9.8m/s2环境下凝固。此条件下加速了 质量、动量及能量的传递。实现超重力的手段有：离心 机；飞机、火箭的加速上升等。2.4 金属凝固理论的应用 金属制品（粉末冶金和电铸法除外）金属制品内在/外在质量凝固过程金属

3、凝固过程基本理论金属凝固过程基本规律经过 影响研究 掌握 控制 2.5 形核1.液-固相变驱动力图3.2 液-固体积自由能的变化mmVTTHG(式中：Hm固-液焓变,结晶潜热L = Hm ）Tm及Hm对一特定金属或合金为定值，所以过冷度T是影响相变驱动力的决定因素。过冷度T 越大，凝固相变驱动力GV 越大。均质形核均质形核 ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核” （实际生产中均质形核是不太可能的，即使是在区域精炼的条件下，每1cm3的液相中也有约106个边长为103个原子的立方体的微小杂质颗粒）。异质形核异质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底

4、进行生核过程，亦称“非均质形核”或“非自发形核”。2.形核类型SLVAGVGSLVrGrG23434图3.4 液相中形成球形晶胚时自由能变化2-1均质形核 令： 得临界晶核半径临界晶核半径 r*： 形核功： r* 与T 成反比，即过冷度过冷度T 越大，越大，r* 越小；越小； G*与T2成反比，过冷度过冷度T 越大，越大，G* 越小。越小。 0|d/d*rrrGVSLGr2TTmSLmL22m3L316TTGmSL 临界晶核的表面能为：临界晶核的表面能为： 即：即：临界形核功临界形核功G*的大小为临界晶核表面能的大小为临界晶核表面能的三分之一，的三分之一， 它是均质形核所必须克服的能量障碍。形

5、核功其中一部分由熔体中的“能量起伏”提供，但不能保证形核。因此，必须在过冷条件过冷条件下克服这部分能量，才能克服能量障碍。因此，下克服这部分能量，才能克服能量障碍。因此，均质形核的过程在过冷条件下借助均质形核的过程在过冷条件下借助 “能量起伏能量起伏” 形成新相晶核的过程。形成新相晶核的过程。23316THTVGmmSSLSLAG3123216)(4THTVrAmmSSLSLSL形核功为：形核功为：所以：所以：02-2 2-2 异质形核异质形核 合金液体中存在的大量高熔点微小固相杂质，可作为非均质形核的基底。晶核依附于夹杂物的界面上形成。这不需要形成类似于球体的晶核，只需在界面上形成一定体积的

6、球冠便可成核。非均质形核过冷度T*比均质形核临界过冷度T*小得多时就大量成核。 如果液相中存在固相质点，且液相又能润湿质表面，则液体能在固相质点表面形成新相晶核。 设生核衬底的质点表面为一平面，在其上生成一球冠的新相（见右图）。则系统自由能的变化为：)coscos32()coscos32(3)(3233SLrGvrAGvVG 得到类似于均质形核的系统自由能变化曲线（见下图），曲线有一最大值，该值对应的半径用 表示，称为异质形核的临界晶核半径。*r均质和异质形核功图0|ddrrrGTTrmmL2Sl异质形核的临界晶核半径在形式上与均质形核临界晶核半径完全相同，它们的区别在于： 均质形核临界晶核是

7、球体，而异质形核的晶核为球体的一部分（球冠），因而异质晶核中所含原子数目少，这样的晶坯易形成。 润湿角 与均质形核无关，而影响异质晶核的体积。杂质质点（c）被新相（s）润湿能力越好，则 越小，固相的曲率半径即球径越大，换句话说换句话说，同一半径的临界晶核（球冠）的体积越小，所含原子数越少，因而在更小的过冷度下就能形核。 令 ，得异质形核的临界晶核半径：4)cos1)(cos2()()(2*fGfG1809001)(f21)(f0)(f*GG*21GG0*G当当 部分润湿部分润湿 ，则，则当当 完全润湿完全润湿 ，则，则一般情况下，质点（一般情况下，质点（c）与新相（）与新相（s）或多或少润湿，即）或多或少润湿，即1800，这时总存在：，这时总存在：*GG同理可推导得异质形核的形核功：同理可推导得异质形核的形核功： 当当 完全不润湿完全不润湿 ，则，则异质形核与均质形核相比，其特点是：异质形核与均质形核相比，其特点是：形核过冷度小；形核过冷度