铸件宏观凝固组织的控制

第二节铸件宏观凝固组织的控制一、铸件凝固组织对铸件性能的影响同一种合金的铸件，因其结晶组织的差别往往使其性能有十分显著的变化。晶粒的形态、晶粒的粗细、晶粒度的一致性以及枝臂间距的大小等组织持征，对铸件的机械性能和物理性能有着强烈的影响。

第一页，共十七页。柱状晶的凝固区域较窄小，在生长过程中容易从它的前方熔体中获得液态金属的补缩。同时，其横向生长受到相邻晶体的阻碍而使横向分枝不能充分发展，分枝较细。因此，柱状晶组织致密，不容易形成缩松和晶间夹杂等宏观缺陷。（一）柱状晶组织对铸件性能的影响第二页，共十七页。但柱状晶的各项性能存在着明显的各向异性：纵向性能与横向性能有着明显的差别。此外，柱状晶的生长方向是与热通量平行的。因而在铸件(锭)的转角处或中心，从不同方向生长的柱状晶彼此相遇时形成的交界面，易于聚集气体和夹杂物，对铸件(锭)的性能有很大损害。第三页，共十七页。因此，柱状晶组织通常是不受欢迎的。但由于柱状晶不存在横向的晶界，所以特别适用于只受纵向应力的零件。单向结晶的涡轮叶片已在航空发动机中获得广泛的应用。第四页，共十七页。等轴晶是在成分过冷区和凝固区域较大的范围内生长而成的。它的分枝比较发达。等轴晶的晶界面积与其体积之比大于柱状晶的晶界面积/体积比。故晶界夹杂等缺陷比较分散。且各晶粒取向具有宏观的各向同性，故其性能比较均匀和稳定。（二）等轴晶组织对铸件性能的影响第五页，共十七页。其缺点是枝晶分枝比较发达，显微缩松较多，组织不够致密。这些缺点通常经晶粒细化加以克服。第六页，共十七页。细等轴晶组织有着较为理想的综合机械性能，疲劳强度也随着晶粒的细化而提高。但对于热强合金，其高温持久强度却随着晶粒细化而降低。这是因为晶界在高温下急剧破坏的缘故。至于晶粒大小不均匀。或在一种组织中夹杂着另一种形态的晶体(例如在等轴晶组织中夹杂柱状晶)，则都将对铸件的性能起损害作用。第七页，共十七页。二、影响铸件宏观组织的因素铸件的宏观组织受到成分过冷现象和晶粒游离、枝晶熔断和晶粒增殖等的影响。因此，凡是与成分过冷和晶粒游离、枝晶熔断和增殖有关的因素都将对铸件宏观组织产生影响。这些因素大致可概括为以下四个方面。

第八页，共十七页。合金的纯度，溶质含量与性质，有否形核剂或晶粒细化剂；

合金的结晶温度范围和溶质平衡分配系数，扩散系数，以及其他的热物理系数。(一)合金性质第九页，共十七页。浇注温度；浇注方法；重力浇注，压力浇注，真空浇注，保护气氛等。(二)浇注工艺第十页，共十七页。(三)铸型特点造型材料的热物理性质；铸型预热的温度；铸型的激冷方法。(四)铸件的结构和尺寸第十一页，共十七页。三、铸件宏观组织的控制途径和措施控制铸件的宏观组织就是要控制铸件（锭）中柱状晶区和等轴晶区的相对比例。第十二页，共十七页。第十三页，共十七页。一般铸件希望获得全部细等轴晶组织。通过强化非均质生核和促进晶体游离以抑制凝固过程中柱状晶区的形成和发展，就能获得等轴晶组织。非均质晶核数目越多，晶粒游离作用越强，熔体内部就有利于游离晶体的残存，则形成的等轴晶组织就越细。具体措施如下：第十四页，共十七页。获得细等轴晶的措施孕育处理控制浇注条件动态晶粒细化合理选用孕育剂合理确定孕育工艺外加晶核采用生核剂采用强成分过冷元素通过反应形成晶核在液体中造成很大的微区富集低温浇注采用合理的浇注工艺铸型性质和铸件结构控制铸型激冷能力增大液态金属与铸型表面的润湿角提高铸型表面粗糙度厚壁铸件：采用低蓄热能力的铸型并配合其它细化措施薄壁铸件：采用高蓄热能力的铸型搅拌振动第十五页，共十七页。Theend.第十六页，共十七页。内容总结第二节铸件宏观凝固组织的控制。同一种合金的铸件，因其结晶组织的差别往往使其性能有十分显著的变化。此外，柱状晶的生长方向是与热通量平行的。但由于柱状晶不存在横向的晶界，所以特别适用于只受纵向应力的零件。单向结晶的涡轮叶片已