快速凝固.pptx
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1、第二节 快速凝固 一、快速凝固简介一、快速凝固简介二、快速凝固方法二、快速凝固方法三、快速凝固显微组织三、快速凝固显微组织四、金属玻璃四、金属玻璃 快速凝固的研究开始于快速凝固的研究开始于20世纪世纪50年代末年代末60年代初,年代初,是在比常规工艺过程快得多的冷却速度或大得多是在比常规工艺过程快得多的冷却速度或大得多的过冷度下,合金以极快的凝固速率由液态转变的过冷度下,合金以极快的凝固速率由液态转变为固态的过程。为固态的过程。19601960年美国加州理工学院的年美国加州理工学院的年美国加州理工学院的年美国加州理工学院的P DuwezP Duwez等采用一种独等采用一种独等采用一种独等采用一
2、种独特的熔体急冷技术,第一次使液态合金在大于特的熔体急冷技术,第一次使液态合金在大于特的熔体急冷技术,第一次使液态合金在大于特的熔体急冷技术,第一次使液态合金在大于10107 7K/sK/s的冷却速度下凝固。他们的发现,在世界的冷却速度下凝固。他们的发现,在世界的冷却速度下凝固。他们的发现,在世界的冷却速度下凝固。他们的发现,在世界的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的的物理冶金和材料学工作者面前展开了一个新的广阔的研究领域。在快速凝固条件下,凝固过程广阔的研究领域。在快速凝固条件下,凝固过程广阔的研究领域
3、。在快速凝固条件下,凝固过程广阔的研究领域。在快速凝固条件下,凝固过程的一些传输现象可能被抑制,凝固偏离平衡。经的一些传输现象可能被抑制,凝固偏离平衡。经的一些传输现象可能被抑制,凝固偏离平衡。经的一些传输现象可能被抑制,凝固偏离平衡。经典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应,典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应,典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应,典凝固理论中的许多平衡条件的假设不再适应,成为凝固过程研究的一个特殊领域。成为凝固过程研究的一个特殊领域。成为凝固过程研究的一个特殊领域。成为凝固过程研究的一个特殊领域。一、快速凝固简介定义:快速凝固是指采用急冷技术或深过定义:快速凝固
4、是指采用急冷技术或深过冷技术获得很高的凝固前沿推进速率的凝冷技术获得很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。固过程。冷却条件冷却条件 冷却速率冷却速率/(KS-1)组织特征组织特征工业冷却速工业冷却速率率砂型铸件和铸砂型铸件和铸锭锭 10-3-100平衡条件的晶粒组织平衡条件的晶粒组织,如粗如粗树枝晶树枝晶,共晶和其他结构。共晶和其他结构。中等冷却速中等冷却速率率薄带,模铸件,薄带,模铸件,普通雾化粉末普通雾化粉末100-103精细显微结构精细显微结构,如细树枝晶如细树枝晶,共晶和其他结构。共晶和其他结构。快速凝固快速凝固雾化细粉、喷雾化细粉、喷雾沉积、电子雾沉积、电子束或激光玻璃束或激光玻璃化处理
5、化处理103-106特殊显微结构特殊显微结构,如扩大固溶如扩大固溶度,微晶结构,亚稳结晶度,微晶结构,亚稳结晶相,非晶结构。相,非晶结构。快速凝固快速凝固的目的的目的超细组织超细组织过饱和固溶体过饱和固溶体亚稳相或新的结晶相亚稳相或新的结晶相微晶、纳米晶或金属玻璃微晶、纳米晶或金属玻璃形成形成获得优异的获得优异的 强度、塑性、强度、塑性、耐磨性、耐腐蚀性耐磨性、耐腐蚀性 等。等。二、快速凝固方法1.动力学急冷法动力学急冷法2.热力学深过冷法热力学深过冷法动力学急冷法 在动力学急冷凝固技术中,根据熔体分离和在动力学急冷凝固技术中,根据熔体分离和冷却方式的不同,可以分成雾化技术、模冷技冷却方式的不
6、同,可以分成雾化技术、模冷技术和表面熔化及沉积技术三大类。术和表面熔化及沉积技术三大类。原理原理:通过提高熔体凝固时的传热速率从而提通过提高熔体凝固时的传热速率从而提高凝固时的冷却速率,使熔体形核时间极短,高凝固时的冷却速率,使熔体形核时间极短,来不及在平衡熔点附近凝固而只能在远离平衡来不及在平衡熔点附近凝固而只能在远离平衡熔点的较低温度凝固,因而具有很大的凝固过熔点的较低温度凝固,因而具有很大的凝固过冷度和凝固速率。冷度和凝固速率。模冷技术模冷技术:使金属液接触固体冷源并以传导的方式散热模冷技术:使金属液接触固体冷源并以传导的方式散热而实现快速凝固。其主要特点是首先把熔体分离成连续而实现快速
7、凝固。其主要特点是首先把熔体分离成连续或不连续的、界面尺寸很小的熔体流,然后使熔体流与或不连续的、界面尺寸很小的熔体流,然后使熔体流与旋转或固定的、导热良好的冷模或基底迅速接触而冷却旋转或固定的、导热良好的冷模或基底迅速接触而冷却凝固。凝固。模冷技术枪法双活塞法熔体旋转法平面流铸造法表面熔化与沉积技木熔体提取法急冷模法雾化技术 雾化技术是指采用某种措施将熔体分离雾雾化技术是指采用某种措施将熔体分离雾化,同时通过对流的冷却方式凝固,其主化,同时通过对流的冷却方式凝固,其主要特点是在离心力、机械力或高速流体冲要特点是在离心力、机械力或高速流体冲击力等作用下分散成尺寸极小的雾状熔滴击力等作用下分散成
8、尺寸极小的雾状熔滴在气流或冷模接触中迅速冷却凝固。在气流或冷模接触中迅速冷却凝固。流体雾化法流体雾化法雾化技术雾化技术离心雾化法离心雾化法机械雾化法机械雾化法热力学深过冷快速凝固热力学深过冷热力学深过冷是指通过各种有效的净化手段避免或消除金属或合金液中的异质晶核的形核作用,增加临界形核功、抑制均质形核作用,使得液态金属或合金获得在常规条件下难以达到的过冷度。采用这种技术,可以在冷速不高的情况下获得很大的凝固过冷度。因此,热力学深过冷非平衡凝固在理论上不受熔体体积限制,是实现大体积熔体非平衡凝固的有效方法。热力学深过冷方法1、微小液滴法、微小液滴法2、乳化、乳化-热分析法热分析法3、落管法、落管
9、法4、电磁悬浮熔炼法、电磁悬浮熔炼法5、微重力法、微重力法6、固液两相区法、固液两相区法7、循环过热法、循环过热法8、玻璃熔体净化法、玻璃熔体净化法9、复合净化法、复合净化法乳化乳化-热分析法的基本思想是在惰性环境(惰性基热分析法的基本思想是在惰性环境(惰性基础或惰性悬浮溶液)中,随着液体分散程度的提础或惰性悬浮溶液)中,随着液体分散程度的提高,有效形核衬底逐渐被孤立于少数液滴中,大高,有效形核衬底逐渐被孤立于少数液滴中,大部分液滴保持分离并且不包含异质核心,这部分部分液滴保持分离并且不包含异质核心,这部分液滴将会表现出深过冷行为,其原理见下图。液滴将会表现出深过冷行为,其原理见下图。落管法:
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