1、關(guān)于連鑄：1, Ladle2, Tundish3, Mold4, Plasma Torch5, Stopper6, Straight Part minimum 2 Meters第三講 連鑄坯宏觀組織及控制第一節(jié) 鑄坯錠的宏觀組織第二節(jié) 外表激冷區(qū)及柱狀晶區(qū)的構(gòu)成第三節(jié) 內(nèi)部等軸晶的構(gòu)成機理第四節(jié) 鑄坯宏觀結(jié)晶組織的控制第五節(jié) 焊接熔池凝固及控制第一節(jié) 鑄坯(錠)的宏觀組織1-激冷晶區(qū)的細(xì)小等軸晶;2-晶粒垂直于型壁陳列的柱狀晶區(qū)，且平行于熱流方向.3-晶粒較為粗大的內(nèi)部等軸晶區(qū)幾種不同類型的鑄件宏觀組織表示圖a只需柱狀晶;b外表細(xì)等軸晶加柱狀晶;c三個晶區(qū)都有;d只需等軸晶 普通情況下，連鑄坯

2、從邊緣到中心也是由激冷層、柱狀晶帶和錠心帶組成，與鋼錠無本質(zhì)區(qū)別。 只是由于冷卻強度大，連鑄坯的激冷層往往要厚些，柱狀晶較興隆但不如鋼錠那么粗大，錠心帶也是粗大等軸晶組成。 連鑄坯整個構(gòu)造比鋼錠致密，晶粒也要細(xì)一些，且液相穴很長的鑄坯凝固，鋼水補縮困難，易產(chǎn)生中心疏松。 鑄坯與鋼錠組織區(qū)別：激冷層：鑄坯表皮由細(xì)小等軸晶組成，叫激冷層，是在結(jié)晶器彎月面處冷卻速度最高的條件下構(gòu)成的。寬度普通為25mm，主要決議于鋼水過熱度，澆注溫度越高，激冷層就越薄；溫度越低，激冷層就厚一些。柱狀晶區(qū)：鑄坯激冷層構(gòu)成過程中的收縮，使結(jié)晶器彎月面以下約100150mm的器壁處產(chǎn)生了氣隙，降低了傳熱速度。同時，鋼液內(nèi)

3、部向外散熱使激冷層溫度升高，不再產(chǎn)生新的晶核。在鋼液定向傳熱得到開展的條件下，柱狀晶帶開場構(gòu)成。接近激冷層的柱狀晶很細(xì)，根本上不分叉。從縱斷面看，柱狀晶并不完全垂直于外表而是向上傾斜一定角度約10，從外緣向中心，柱狀晶個數(shù)由多變少呈竹林狀。柱狀晶的開展是不規(guī)那么的，在某些部位能夠會貫穿鑄坯中心構(gòu)成穿晶構(gòu)造。對于弧形連鑄機，鑄坯低倍構(gòu)造具有不對稱性。由于重力作用，晶體下沉，抑制了外弧柱狀晶生長，故內(nèi)弧側(cè)柱狀晶比外弧側(cè)要長些，且鑄坯內(nèi)裂紋也經(jīng)常集中在內(nèi)弧側(cè)。中心等軸晶區(qū)：隨著凝固前沿的推移，凝固層和凝固前沿的溫度梯度逐漸減小，兩相區(qū)寬度不斷擴展，鑄坯心部鋼水溫度降至液相線溫度后，大量等軸晶產(chǎn)生并迅

4、速長大，構(gòu)成無規(guī)那么陳列的等軸晶帶。中心區(qū)有可見的不致密的疏松和縮孔并伴隨有元素的偏析如S、P、C、Mn。與鋼錠比較，由于連鑄坯柱狀晶的開展，中心等軸晶區(qū)要窄得多，晶粒也細(xì)一些。三個晶區(qū)的特征 柱狀晶的特點是各向異性，對于諸如磁性資料、發(fā)動機和螺旋漿葉片等這些強調(diào)一方向性能的情況，采用定向凝固獲得全部柱狀晶的零件反而更具優(yōu)點。 如何在技術(shù)上有效地控制鑄件的宏觀組織非常重要。因此有必要了解各晶區(qū)組織的構(gòu)成機理。第二節(jié) 外表激冷區(qū)及柱狀晶區(qū)的構(gòu)成一、 外表激冷區(qū)的構(gòu)成二、 柱狀晶區(qū)的構(gòu)成一、外表激冷區(qū)的構(gòu)成一、外表激冷區(qū)的構(gòu)成 一旦型壁附近的晶粒相互連結(jié)而構(gòu)成穩(wěn)定的凝固殼層，凝固將轉(zhuǎn)為柱狀晶區(qū)由外

5、向內(nèi)的生長，外表激冷細(xì)晶粒區(qū)將不再開展。因此穩(wěn)定的凝固殼層構(gòu)成得越早，外表細(xì)晶粒區(qū)向柱狀晶區(qū)轉(zhuǎn)變得也就越快，外表激冷區(qū)也就越窄。 當(dāng)表層細(xì)晶區(qū)構(gòu)成后，模壁的溫度也隨之升高，細(xì)晶區(qū)前面的液體散熱才干下降，過冷度也下降。但是在各方向上散熱才干的下降是不同的。垂直于模壁的方向顯出散熱優(yōu)勢，有利于晶粒逆著傳熱方向不斷地向液相區(qū)生長。 而在平行模壁方向散熱才干較差，并且晶粒徑向僅能長大較短間隔相鄰晶粒就相互接觸，停頓生長。因此在細(xì)晶區(qū)構(gòu)成后，接著構(gòu)成了一個柱狀晶區(qū)。 柱狀晶區(qū)金屬較致密，沿柱狀晶軸向強度很高，但近于平行的柱狀晶晶粒之間的徑向結(jié)合強度卻較低。柱狀晶區(qū)有明顯的各向異性。當(dāng)對鑄錠進展塑性變形時

6、柱狀晶區(qū)易出現(xiàn)晶間開裂。 另外，當(dāng)不同方位上的柱狀晶區(qū)相遇時，會產(chǎn)生一個柱狀晶區(qū)的交界。此處的雜質(zhì)、氣泡、縮松等較多，成為鑄錠的脆弱結(jié)合面。當(dāng)鑄錠接受塑性變形時此處也易開裂。因此，除塑性極好的一些有色金屬的鑄錠外，并不希望獲得柱狀晶區(qū)。 在鑄造工藝上，常采用振動方法來破壞柱狀晶區(qū)的構(gòu)成和長大，也常采用蛻變處置來妨礙柱狀晶長大，并促進中心等軸晶區(qū)的擴展來減少柱狀晶區(qū)。另外，防止金屬液過熱澆注也會防止柱狀晶區(qū)過大。 當(dāng)柱狀晶向液相中生長到一定深度后，垂直于模壁方向的散熱優(yōu)熱將不再明顯。 尤其是當(dāng)已凝固區(qū)隨溫度下降而使體積收縮與模壁之間出現(xiàn)間隙時傳熱速度降低，剩余液相金屬的冷卻速度也會進一步降低，溫

7、度梯度減小，趨于均勻冷卻，柱狀晶的生長將會變慢。此時剩余液體中也會有一些新晶粒的構(gòu)成并長大。因無散熱優(yōu)勢方向，新晶粒將會長成等軸晶粒。又因剩余液體散熱慢，過冷度較小，產(chǎn)生的自發(fā)晶核數(shù)量有限，故晶粒長得較大(但假設(shè)有非自發(fā)晶核存在，晶粒不會長得很大)。從而在相鄰柱狀晶區(qū)的鑄錠心部地域構(gòu)成一個晶粒較粗的等軸晶區(qū)。 由于此區(qū)是最后凝固的，因此，一些低熔點的雜質(zhì)或合金元素能夠偏多些，以及液體補充缺乏而出現(xiàn)中心偏析及疏松。二、柱狀晶區(qū)的構(gòu)成 穩(wěn)定的凝固殼層一旦構(gòu)成，柱狀晶就直接由外表細(xì)等軸晶凝固層某些晶粒為基底向內(nèi)生長，開展成由外向內(nèi)生長的柱狀晶區(qū)。枝晶主干取向與熱流方向平行的枝晶生長迅速 。 柱狀晶區(qū)

8、開場于穩(wěn)定凝固殼層的產(chǎn)生，而終了于內(nèi)部等軸晶區(qū)的構(gòu)成。因此柱狀晶區(qū)的存在與否及寬窄程度取決于上述兩個要素綜協(xié)作用的結(jié)果。假設(shè)在凝固初期就使得內(nèi)部產(chǎn)生等軸晶的晶核，將會有效地抑制柱狀晶的構(gòu)成。柱狀晶生長過程的動態(tài)演示鑄型液態(tài)金屬柱狀晶生長過程的動態(tài)演示柱狀晶構(gòu)造有以下弱點： 柱狀晶的枝干較純，而枝晶偏析較嚴(yán)重，熱變形后由于枝晶偏析區(qū)被延伸，組織具有帶狀特性。這樣使鋼的力學(xué)性能具有明顯的方向性，特別是使鋼的橫向性能和韌性降低； 在柱狀晶交界面，由于雜質(zhì)硫、磷夾雜物的堆積，構(gòu)成了薄弱面，是裂紋容易擴展的地方，加工時易脆裂； 柱狀晶充分開展時，鑄坯可構(gòu)成穿晶構(gòu)造，會呵斥中心疏松和縮孔，降低了致密度，添

9、加了中心偏析。 因此，抑制柱狀晶生長而擴展等軸晶區(qū)，是改善鑄坯質(zhì)量的一個重要義務(wù)。 連鑄坯中柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)的相對大小主要決議于澆注溫度。澆注溫度高，柱狀晶區(qū)就寬。低碳鋼過熱度大于20，柱狀晶寬度就急劇添加，因此，接近鋼種的液相線溫度澆注是擴展等軸晶區(qū)的有效手段。但是，鋼水過熱度控制得很低如小于10，在操作上有一定難度，易使水口凍結(jié)，且使鑄坯夾雜物添加。因此，堅持鋼水在一定過熱度下澆注如30。 為擴展等軸晶區(qū)需采取以下措施：結(jié)晶器參與微型冷卻劑：在結(jié)晶器內(nèi)參與鋼帶或微型鋼塊，以消除鋼水過熱度，使其迅速地在液相線溫度凝固；噴吹金屬粉末：在結(jié)晶器內(nèi)噴入不同尺寸的金屬粉，以吸收過熱和提供結(jié)晶中心，

10、擴展等軸晶區(qū)；控制二冷區(qū)冷卻水量：二冷水量大，鑄坯外表溫度低，鑄坯內(nèi)外溫度梯度大，有利于柱狀晶生長，柱狀晶區(qū)就寬；參與形核劑。在結(jié)晶器內(nèi)參與形核劑，以添加結(jié)晶中心數(shù)量，擴展等軸晶區(qū)； 對形核劑要求： 在鋼液溫度下為固體； 在鋼液溫度下不分解為元素而進入鋼中； 不上浮而存在于凝固前沿； 形核劑盡能夠與鋼水潤濕，晶格彼此接近，使形核劑與鋼液間有黏附作用。常用的形核劑物質(zhì)有Al2O3、ZrO2、TiO2、V2O5、AlN、VN、ZrN等。采用電磁攪拌：上述四種措施在實踐運用中要么還不成熟，如資料制備、工藝參數(shù)選擇、對結(jié)晶器液面干擾等問題還需討論，要么效果有限，而電磁攪拌是最具實踐運用價值的方法。 電

11、磁攪拌的作用是在電磁力作用下使鋼水產(chǎn)生強迫對流循環(huán)流動，使凝固前沿的樹枝晶熔斷或折斷，而枝晶碎片作為等軸晶中心長大而擴展等軸晶區(qū)，同時消除了樹枝晶搭橋，改善鑄坯中心疏松和縮孔，減輕了中心偏析。電磁攪拌還可消除皮下氣孔和皮下夾雜，改善外表質(zhì)量，提高鋼的純真度，減小凝固前沿鋼液溫度梯度，即允許鋼液有更高的過熱度，促進坯殼厚度的均勻性，這將有利于防止鑄坯產(chǎn)生裂紋和發(fā)生漏鋼事故，可提高拉速。 電磁攪拌器可以安裝在結(jié)晶器M-EMS、二冷區(qū)S-EMS和凝固末端F-EMS。 M-EMS除了改善鑄坯中心疏松、中心偏析外幾乎包括了電磁攪拌的一切功能，作用最明顯，效果最好； S-EMS的作用是在接近凝固終點再次攪

12、拌由等軸晶和鋼液組成的兩相區(qū)，可以進一步減輕包括高碳鋼在內(nèi)的鑄坯中心偏析?？梢圆捎脝为殧嚢?，也可以是結(jié)合攪拌。第三節(jié) 內(nèi)部等軸晶的構(gòu)成機理一、“成分過冷實際二、激冷等軸晶型壁零落與游離實際三、枝晶熔斷及結(jié)晶雨實際四、單個等軸晶構(gòu)成過程的動態(tài)演示 一、“成分過冷實際 該實際以為，隨著凝固層向內(nèi)推移，固相散熱才干逐漸減弱，內(nèi)部溫度梯度趨于平緩，且液相中的溶質(zhì)原子越來越富集，從而使界面前方成分過冷逐漸增大。當(dāng)成分過冷大到足以發(fā)生非均質(zhì)生核時，便導(dǎo)致內(nèi)部等軸晶的構(gòu)成。 成分過冷1111二、激冷等軸晶型壁零落與游離實際 在澆注的過程中及凝固的初期激冷,等軸晶自型壁零落與游離促使等軸晶構(gòu)成, 澆注溫度低可

13、以使柱狀晶區(qū)變窄而擴展等軸晶區(qū) 。為什么純金屬幾乎得不到等軸晶而溶質(zhì)濃度大的合金容易得到等軸晶呢? 圖5-5 型壁處構(gòu)成的激冷晶向鑄件內(nèi)部的游離a) 晶體密度比熔體小的情況; b) 晶體密度比熔體大的情況 溶質(zhì)的偏析容易使晶體在與型壁的交會處產(chǎn)生“脖頸，具有“脖頸的晶體不易于沿型壁方向與其相鄰晶體銜接構(gòu)成凝固殼, 另一方面，在澆注過程和凝固初期存在的對流容易沖斷“脖頸，使晶體零落并游離出去。 圖5-6 晶體與型壁交會處產(chǎn)生“脖頸促使晶體發(fā)生零落而游離 圖5-7 游離晶體的生長、部分熔化與增殖三、 枝晶熔斷及結(jié)晶雨實際 生長著的柱狀枝晶在凝固界面前方的熔斷、游離和增殖導(dǎo)致了內(nèi)部等軸晶晶核的構(gòu)成，

14、稱為“枝晶熔斷實際。 液面冷卻產(chǎn)生的晶粒下雨似地堆積到柱狀晶區(qū)前方的液體中，下落過程中也發(fā)生熔斷和增殖，是鑄錠凝固時內(nèi)部等軸晶晶核的主要來源，稱為“結(jié)晶雨實際。 目前比較一致的看法是內(nèi)部等軸晶區(qū)的構(gòu)成很能夠是多種途徑起作用。 在一種情況下，能夠是這種機理起主導(dǎo)作用，在另一種情況下，能夠是另一種機理在起作用，或者是幾種機理的綜協(xié)作用，而各自作用的大小當(dāng)由詳細(xì)的凝固條件所決議。第三節(jié) 鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制 思緒: 晶區(qū)的構(gòu)成和轉(zhuǎn)變乃是過冷熔體獨立生核的才干和各種方式晶粒游離、增殖或重熔的程度這兩個根本條件綜協(xié)作用的結(jié)果，鑄件中各晶區(qū)的相對大小和晶粒的粗細(xì)就是由這個結(jié)果所決議的。凡能強化熔體獨立生

15、核，促進晶粒游離，以及有助于游離晶的殘存與增殖的各種要素都將抑制柱狀晶區(qū)的構(gòu)成和開展，從而擴展等軸晶區(qū)的范圍，并細(xì)化等軸晶組織。 第三節(jié) 鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制 以高碳鋼為例：由于高碳鋼固液兩相區(qū)溫度到達131，故中等過熱度的鋼液也有其柱狀晶劇烈增大趨勢，在凝固后期由于連鑄坯斷面中心柱狀樹枝晶的搭橋而構(gòu)成小鋼錠的凝固結(jié)晶景象，鑄坯產(chǎn)生中心偏析。過熱度越低，中心偏析的評級越低。 兩個需求留意的概念： (1)由成分決議的固液相線寬度越大，柱狀晶越興隆； (2)由溫度梯度決議的兩相區(qū)越寬，柱狀晶不興隆。詳細(xì)到連鑄二冷強度大時，溫度梯度變大，凝固前沿糊狀區(qū)固液兩相區(qū)變窄，利于柱狀晶生長。一、合理地控制

16、澆注工藝和冷卻條件二、孕育處置三、動力學(xué)細(xì)化合理的澆注工藝?yán)鋮s條件的控制合理的澆注工藝澆注溫度澆注方式 合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得及細(xì)化等軸晶的有效措施。但過低的澆注溫度將降低液態(tài)金屬的流動性，導(dǎo)致澆缺乏和冷隔等缺陷的產(chǎn)生。 經(jīng)過改動澆注方式強化對流對型壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進細(xì)等軸晶的構(gòu)成。但必需留意不要因此而引起大量氣體和夾雜的卷入而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷。 鑄型中間澆注 單孔上注 沿型壁六孔澆注 圖5-8 不同澆注方法引起不同的鑄件凝固組織 水流冷卻的斜板澆注方法 冷卻條件的控制控制冷卻條件的目的是構(gòu)成寬的凝固區(qū)域和獲得大的過冷，從而促進熔體生核和晶粒游離。小的溫度梯度G

17、L和高的冷卻速度R可以滿足以上要求。 但就鑄型的冷卻才干而言，除薄壁鑄件外，這二者不可兼得。 對薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)才干的鑄型。 對厚壁鑄件，普通采用冷卻才干小的鑄型以確保等軸晶的構(gòu)成，再輔以其他晶粒細(xì)化措施以得到稱心的效果。懸浮澆注法可同時滿足小的GL與高的R的要求。 懸浮澆注用渦流導(dǎo)入法的澆注系統(tǒng)懸浮澆注法是在澆注過程中將一定量的固態(tài)金屬顆粒參與到金屬液中，從而改動金屬液凝固過程，到達細(xì)化組織、減小偏析、減小鑄造應(yīng)力的目的的一種工藝方法。懸浮澆注法的特點1) 顯著細(xì)化鑄件組織，提高力學(xué)性能，改善鑄件厚大斷面力學(xué)性能均勻性； 2) 減小凝固收縮，使冒口減小1535%； 3) 減少

18、縮松，提高鑄件致密性； 4) 減小鑄造應(yīng)力，減小鑄件熱裂傾向； 5) 改善宏觀偏析； 6) 提高凝固速度，改善鑄型受熱情況； 7) 可以實現(xiàn)澆注過程合金化。技術(shù)原理： 經(jīng)過參與金屬顆粒與金屬液的物理化學(xué)、晶體學(xué)和熱作用，強迫金屬液生核，并改動鑄型中金屬液的溫度分布，從而改動金屬凝固方式。 適用范圍： 各種鑄鋼件、鑄鐵件、及有色合金件。 不需求特殊設(shè)備，僅要求簡單輔助工裝。二、孕育處置 孕育處置是澆注之前或澆注過程中向液態(tài)金屬中添加少量物質(zhì)以到達細(xì)化晶粒、改善宏觀組織目的的一種工藝方法。 廓清兩個概念： 孕育( Inoculation)主要是影響生核過程和促進晶粒游離以細(xì)化晶粒； 而蛻變Modi

19、fication那么是改動晶體的生長機理，從而影響晶體形貌。蛻變在改動共晶合金的非金屬相的結(jié)晶形貌上有著重要的運用，而在等軸晶組織的獲得和細(xì)化中采用的那么是孕育方法。 孕育劑作用機理的兩類觀念孕育主要起非自發(fā)形核作用經(jīng)過在生長界面前沿的成分富集而使晶粒根部和樹枝晶分枝根部產(chǎn)生縮頸，促進枝晶熔斷和游離而細(xì)化晶粒。孕育劑含有直接作為非自發(fā)生核的物質(zhì) 孕育劑能與液相中某些元素反響生成較穩(wěn)定的化合物而產(chǎn)生非自發(fā)生核在液相中呵斥很大的微區(qū)富集而迫使結(jié)晶相提早彌散析出而生核 合金種類孕育劑主要組元加入量wt%加入方法碳鋼及合金鋼Ti0.10.2鐵合金V0.060.30B0.0050.01鑄鐵Si-Fe，C

20、a, Ba, Sr0.11.0，與Si-Fe復(fù)合鐵合金鋁合金Ti, Zr , Ti+B, Ti+C Ti:0.15; Zr:0.2；復(fù)合:Ti0.01B或C0.05;Al-Ti, Al-Zr,Al-Ti-B,Al-Ti-C中間合金過共晶Al-Si合金P0.02Al-P，Cu-P，F(xiàn)e-P中間合金銅合金Zr, Zr+B, Zr+Mg,Zr+Mg+Fe+P0.020.04純金屬或中間合金鎳基高溫合金WC, NbC碳化物粉末表5-1 合金常用孕育劑的主要元素情況 孕育衰退孕育效果逐漸減弱孕育劑參與合金液后要閱歷一個孕育期和衰退期。在孕育期內(nèi)，作為孕育劑的中間合金的某些組分完成熔化過程，或與合金液反響

21、生成化合物，起細(xì)化作用的異質(zhì)固相顆粒均勻分布并與合金液充分潤濕，逐漸到達最正確的細(xì)化效果。當(dāng)細(xì)化效果到達最正確值時澆注是最理想的，隨合金熔化溫度和孕育劑種類的不同，到達最正確細(xì)化效果所需求的時間也不同。幾乎一切的孕育劑都有在孕育處置后一段時間出現(xiàn)孕育衰退景象，因此孕育效果不僅取決于孕育劑的本身，而且也與孕育處置工藝親密相關(guān)。普通處置溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育劑均勻散開的前提下，應(yīng)盡量降低處置溫度。孕育劑的粒度也要根據(jù)處置溫度、被處置合金液量和詳細(xì)的處置方法來選擇。 高碳鋼連鑄坯存在的最大質(zhì)量問題是中心縮松、中心偏析嚴(yán)重。處理這一問題的關(guān)鍵是擴展鑄坯等軸晶區(qū)比例，細(xì)化晶粒。本文以Fe-C

22、合金作為形核劑，研討了形核劑含碳量對高碳鋼凝固過程的影響機理。研討結(jié)果闡明， 向鋼液中參與形核劑可有效地擴展等軸晶區(qū)。對高碳鋼， 中碳鐵合金形核劑既可擴展等軸晶區(qū)，又可細(xì)化晶粒；而低碳形核劑可以擴展等軸晶區(qū)，但細(xì)化晶粒效果差。為有效地發(fā)揚形核劑的作用，對不同鋼種要合理地選擇形核劑含碳量。 Central shrinkage porosity and segregation are main defects of high-carbon steel billetsThe key to solve these problems iS enlarging equiaxed grain zone an

23、d fining grain sizeFe-C alloys are taken as nucleating agents and the efects of carbon content of nucleating agents on solidification process of highcarbon steeI are studiedThe results show that adding medium carbon nucleating agents into high carbon steel grade can efectively enlarge equiaxed grain

24、 zone and fine grain size；adding low carbon nucleating agents into high carbon steel grade can only enlarge equiaxed grain zoneIn order to exploit nucleating agentsadvantages to the alI，diferent nucleating agents must be selected seriously according to diferent steeI gradesThe medium carbon alloy nu

25、cleating agents are suitable for high-carbon steel grade 還有一種孕育電脈沖孕育：電脈沖孕育處置是指經(jīng)過對合金熔體施加脈沖電場從而到達控制合金凝固，細(xì)化金屬凝固組織的目的 。研討發(fā)現(xiàn)，利用脈沖電流處置可以使金屬的凝固溫度升高，凝固時間縮短，溫度梯度減小，使金屬更趨向于體積凝固方式，凝固組織細(xì)化，力學(xué)性能得到改善；可以使凝固組織由粗大柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸晶，大幅度細(xì)化晶粒尺寸；使奧氏體不銹鋼的柱狀晶間距明顯細(xì)，并添加凝固組織中奧氏體的相對含量；使高碳當(dāng)量的過共晶灰口鑄鐵中出現(xiàn)大量D型過冷石墨和興隆的奧氏體枝晶，細(xì)化共晶團尺寸 。在溫度較高的

26、液相中，電脈沖對凝固組織細(xì)化無任何作用。在枝晶生長過程中，電脈沖無法使晶體熔化或折斷，但它可以促使型壁上的晶粒零落、游離，并在液相中自在挪動，成為等軸晶生長的中心，從而到達了細(xì)化晶粒的目的，如下圖。三、動力學(xué)細(xì)化 1鑄型振動2超聲波振動3液相攪拌4流變鑄造1鑄型振動在凝固過程中振動鑄型可使液相和固相發(fā)生相對運動，導(dǎo)致枝晶破碎構(gòu)成結(jié)晶中心。離心鑄造時假設(shè)周期改動旋轉(zhuǎn)方向可獲得細(xì)小等軸晶，闡明液相和固相發(fā)生相對運動所起的細(xì)化晶粒作用。振動還可引起部分的溫度起伏，有利于枝晶熔斷。振動鑄型可促使“晶雨的構(gòu)成。立式離心鑄造機2超聲波振動 超聲波振動可在液相中產(chǎn)生空化作用，構(gòu)成空隙，當(dāng)這些空隙解體時，液體

27、迅速補充，液體流動的動量很大，產(chǎn)生很高的壓力。當(dāng)壓力添加時凝固的合金熔點溫度也要添加，從而提高了凝固過冷度，呵斥形核率的提高，使晶粒細(xì)化。 超聲波通常是指1 s內(nèi)振動20 000次以上的高頻聲波，在介質(zhì)傳導(dǎo)時，將會產(chǎn)生周期性的應(yīng)力和聲壓變化，同時也會產(chǎn)生部分的高溫高壓效應(yīng)。 超聲振動的高能量及其它的特殊效應(yīng)，極大地提高了對凝固的作用效果。利用超聲波冶金可以細(xì)化晶粒，去氣除渣，細(xì)化枝晶網(wǎng)胞。 功率超聲是超聲波的一個分支，運用于金屬凝固過程中時有5個根本作用： 1線性交變振動作用； 2大振幅聲波； 3非線性振動； 4聲空化作用； 5聲流作用。 這些作用運用于金屬液中可以產(chǎn)生攪拌、霧化、分散、沖擊破

28、碎等作用 可以促進合金形核并抑制其長大，還可提高溫度和化學(xué)成分的均勻性，改善合金成分的偏析等。3.振動喂帶技術(shù) 向結(jié)晶器內(nèi)的金屬液中延續(xù)喂人接近母液成分的金屬棒或帶，在金屬棒或帶融化吸收鋼水過熱度的根底上，經(jīng)過振動使金屬棒或帶的前端兩相區(qū)內(nèi)的枝晶以晶核的方式被彈射到鋼液中，成為其后凝固構(gòu)成等軸晶的晶核來源。 經(jīng)過將處于高頻振動形狀的鋼帶插入與其成分一樣的鋼液中，察看并分析鋼帶的熔化、形核及彈射至溶池內(nèi)的動態(tài)過程，尤其是有無振動條件下鋼帶的完全熔化時間。 當(dāng)振動鋼帶繼續(xù)不斷地插入鋼液熔池時，鋼帶在熔池中可以快速熔化產(chǎn)生細(xì)小枝晶，這不僅可以起到降低鋼液中心過熱度的作用，還可以借助于振動將細(xì)小破碎的

29、晶粒彈射到金屬液中，起到促進柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變的作用，從而提高鑄坯組織中的等軸晶比例，改善內(nèi)部質(zhì)量。4.振動激發(fā)金屬液形核技術(shù) 當(dāng)一種帶有冷卻構(gòu)造且高頻振動的晶核發(fā)射器插入金屬液時，金屬液將在晶核發(fā)射器棒體的外表迅速凝固形核、長大，這就是振動激發(fā)形核技術(shù)。在棒體的高頻振動作用下，其外表構(gòu)成的晶粒將被折斷或與基體剝離，并被延續(xù)不斷地彈射到金屬液中，成為凝固過程中抑制柱狀晶生長、構(gòu)成大量等軸晶的晶核來。5液相攪拌 采用機械攪拌、電磁攪拌或氣泡攪拌均可呵斥液相相對固相的運動，引起枝晶的折斷、破碎與增殖，到達細(xì)化晶粒的目的。 連鑄過程采用電磁攪拌的主要作用是提高連鑄坯的質(zhì)量，例如去除夾雜物、消除皮下氣

30、泡、減輕中心偏析、提高連鑄坯的等軸晶率。在澆鑄斷面較大的鑄坯以及澆鑄質(zhì)量要求較高時，電磁攪拌技術(shù)便成為首選。 電磁攪拌器(EMS)的本質(zhì)是借助在鑄坯液中感生的電磁力來強化鋼水的運動。在鋼水附近施加電磁攪拌以后，電磁攪拌器產(chǎn)生的低頻交變電磁場穿透鋼水，與鋼水間產(chǎn)生相對運動，使得鋼液的磁通量發(fā)生變化，相當(dāng)于磁場以一定的速度切割鋼液，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流又與感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，作用于鋼液的每個體積元上，從而驅(qū)動鋼液的運動。 根據(jù)直流電動機原理、感應(yīng)電動機原理、直線電動機原理和固定磁場下運動導(dǎo)體被感應(yīng)受力的原理，電磁攪拌力的產(chǎn)生相應(yīng)有4種類型：靜止磁場與液芯通電型電磁攪拌

31、的電磁力；感應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場型電磁攪拌的電磁力；行波磁場電磁攪拌的電磁力；鋼水注流的電磁制動。根據(jù)電磁攪拌器安裝方式和位置不同，EMS主要分為二冷區(qū)電磁攪拌(SEMS)和結(jié)晶器電磁攪拌(MEMS)，如圖2所示。電磁攪拌技術(shù)的中心就是利用電磁力控制凝固過程的流動景象，改善鑄坯的構(gòu)造、質(zhì)量和軋材性能。電磁攪拌對鑄坯等軸晶帶的作用： 柱狀晶特別興隆，是鑄坯的構(gòu)造特點和弱點。擴展和細(xì)化等軸晶帶，可以添加鑄坯的抗裂性、減輕或消除中心疏松與中心偏析，并能改善鑄坯的熱加工性能和軋材質(zhì)量。而等軸晶帶的開展，主要取決于3個根本條件：液芯內(nèi)有充分的晶核；凝固前沿的兩相區(qū)范圍盡量寬；兩相區(qū)內(nèi)有較大的成分過冷。電磁攪拌可經(jīng)

32、過流動母液對樹枝晶前端的動力折斷作用和熔蝕作用而產(chǎn)生大量晶枝碎片，供作晶核。同時，強力流動可大大加速液芯的傳熱而使過熱度迅速消逝、兩相區(qū)迅速擴展。另外，強力流動加速傳質(zhì)，使凝固前沿分散邊境層減薄而濃度梯度增大，使兩相區(qū)內(nèi)成分過冷加強。這三者恰好是等軸晶開展的三要素，所以電磁攪拌是擴展鑄坯等軸晶帶的有效措施。 電磁攪拌推進液芯流動而產(chǎn)生對凝固前沿樹枝晶的沖刷和熔蝕，使得樹枝晶前沿變得比較平齊光滑；同時，數(shù)學(xué)模擬闡明，即使電磁攪拌安裝在連鑄機上部，由于它促使液芯過熱度的迅速消逝，也會使鋒利狹窄的液相穴底部變得圓滑而較寬。其結(jié)果就可以防止凝固前沿的樹枝晶搭橋景象，從而防止液相穴底部構(gòu)成“小鋼錠縮孔。

33、加之電磁攪拌產(chǎn)生的大量碎枝晶核向液相穴底部沉淀充填和競相長大，就可構(gòu)成較致密的等軸晶構(gòu)造，從而減輕縮孔、疏松的發(fā)生。6.輕壓下技術(shù) 輕壓下技術(shù)是從收縮輥縫技術(shù)的根底上開展而來，它是經(jīng)過在連鑄坯液芯末端附近施加適當(dāng)壓力，產(chǎn)生一定的壓下量來補償鑄坯的凝固收縮量。 一方面可以消除或減少鑄坯收縮構(gòu)成的內(nèi)部空隙，防止晶間富集溶質(zhì)元素的鋼液向鑄坯中心橫向流動； 另一方面，輕壓下所產(chǎn)生的擠壓作用還可以促進液芯中溶質(zhì)元素富集的鋼液沿拉坯方向反向流動，使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配，從而使鑄坯的凝固組織更加均勻致密，起到改善中心偏析和減少中心疏松的目的。 輕壓下技術(shù)對鑄坯的凝固組織也有一定的影響，在輕壓下的作用下，

34、 心未凝固的液態(tài)鋼液運動加劇，坯殼與液態(tài)交界面的初生枝晶被打斷并重新融化成許多細(xì)小的破碎枝晶 。這些細(xì)小的枝晶成為中心過冷鋼液的形核中心，加速了中心鋼液的形核速率，因此中心細(xì)小的等軸晶晶帶比未運用輕壓下技術(shù)的鑄坯要高 。7流變鑄造 流變鑄造又稱半固態(tài)鑄造，這種方法是當(dāng)液體金屬凝固達5060時，在氬氣維護下進展高速攪拌，使金屬成為半固態(tài)漿液，將半固態(tài)漿液凝固成坯料或擠壓至鑄型凝固成形。其固態(tài)晶體隨攪拌轉(zhuǎn)速的添加趨于細(xì)小而圓整，機械性能顯著提高。這種細(xì)小圓整的半固態(tài)金屬漿液由于具有較好的流動性而容易成形。由于它的溫度遠(yuǎn)低于液相線溫度，所以對于黑色金屬的壓鑄件來說，能大大減輕金屬對模具的熱沖擊，提高

35、壓鑄模具的壽命，擴展黑色金屬壓鑄的運用范圍。傳統(tǒng)鑄造a和流變鑄造b所獲得的顯微組織 第五節(jié) 焊接熔池凝固及控制 一、熔池凝固條件二、熔池結(jié)晶特征三、熔池結(jié)晶組織的細(xì)化一、熔池凝固條件體積小、冷速快 溫差大、過熱度高 動態(tài)凝固過程 液態(tài)金屬對流猛烈 1. 熔池金屬的體積小，冷卻速度快在普通電弧焊條件下，熔池的體積最大也只需30cm3 ，分量不超越100g;周圍被冷態(tài)金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度很大，通?？蛇_4100/s，遠(yuǎn)高于普通鑄件的冷卻速度;由于冷卻快，溫度梯度大，致使焊縫中柱狀晶得到充分開展。這也是呵斥高碳、高合金鋼以及鑄鐵資料焊接性差的主要緣由之一。 2. 溫差大、過熱溫度高熔池金屬中不同區(qū)域因加熱與冷卻速度很快，熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度，例如，對于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高達21002300，而熔池后部外表溫度只需1600左右，熔池平均溫度為1700100。由于過熱溫度高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點數(shù)大為減少，這也促使焊縫柱狀晶的開展。3. 動態(tài)凝固過程處于熱源挪動方向前端的母材不斷熔化，連同過渡到熔池中的熔融的焊接資料一同在電弧吹力作用下，對流至熔池后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態(tài)金屬立刻開場凝固。因此，凝固過程是延續(xù)進展并隨熔池前進。圖5-11 熔池的運動形狀下結(jié)晶4. 液態(tài)金屬對流猛烈 熔池中存