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《連續(xù)定向凝固技術(shù)研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、金屬凝固理論文獻(xiàn)閱讀報告連續(xù)定向凝固技術(shù)研究姓名：左錦榮學(xué)號：s20111912班級：國重2011碩連續(xù)定向凝固技術(shù)研究左錦榮北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室北京100083摘要針對日趨活躍的金屬定向凝固技術(shù),闡述定向凝固技術(shù)的基本原理,以及其特點。簡要說明了金屬定向凝固技術(shù)的應(yīng)用。介紹了目前金屬定向凝固技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r,存在的問題及未來的前景。關(guān)鍵詞金屬；定向凝固；基本原理；技術(shù)特點；應(yīng)用分類號TD123ContinuousUnidirectionalSolidificationTechnologyZuojinrongA
2、MM,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,ChinaABSTRACTDirectionalsolidificationtechnologyofmetalhasbecomencreasinglyactive.Itsbasicprincipleandcharacteristicsaredescribed.Itsapplicationsarealsooverviewed.Thedevelopmentstateathomeandabroad,problemsandfut
3、ureprospectsofdirectionalsolidificationaresummarized.KEYWORDSMetal；directionalsolidification；basicprinciple；technicalcharacteristic；application緒論：金屬的凝固，從傳熱學(xué)的角度是液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程；從物理化學(xué)、金屬學(xué)的觀點就是結(jié)晶，即：形核和生長。形核過程對金屬材料晶粒的大小起著至關(guān)重要的作用；晶體生長關(guān)系到凝固后微觀組織的形態(tài)，由于組成金屬材料的晶體形態(tài)與金屬材料的性質(zhì)有關(guān)，如何控制晶
4、體生長已成為控制金屬材料性能的重要手段。凝固組織的控制包括兩方面的內(nèi)容：(l)凝固組織形態(tài)的選擇(2)控制凝固組織的尺寸、間距。材料的使用性能是由其組織形態(tài)來決定的。因此，包括調(diào)整成分在內(nèi)，人們通過控制材料的制備過程以獲得理想的組織從而使材料具有所希望的使用性能，控制凝固過程己成為提高傳統(tǒng)材料的性能和開發(fā)新材料的重要途徑。定向凝固技術(shù)由于能得到一些具有特殊取向的組織和優(yōu)異性能的材料，因而自它誕生以來得到了迅速的發(fā)展。同時，由于定向凝固技術(shù)的出現(xiàn)，也為凝固理論的研究和發(fā)展提供了實驗基礎(chǔ)，因為在定向凝固過程中溫度梯度和凝固速率這兩個重要
5、的凝固參數(shù)能夠獨立變化，從而可以分別研究它們對凝固過程的影響。此外，定向凝固組織非常規(guī)則，便于準(zhǔn)確測量其形態(tài)和尺度特征。定向凝固技術(shù)是控制晶體生長、研究晶體生長行為最有效的方法，實現(xiàn)定向凝固的總原則為金屬熔體中的熱量嚴(yán)格的按單一方向?qū)С?，使金屬或合金按柱狀晶或單晶的方式生長。金屬熔體在凝固過程中，為了達(dá)到單一方向生長為柱狀晶的目的，除滿足上述總原則外，還必須滿足以下兩個條件：一是凝固過程中固液界面保持為平面，在界面前沿保持足夠高的溫度梯度，并且使此溫度梯度與柱狀晶生長速度的比值足夠大；二是未凝固的液體有足夠的過熱度，避免型壁形核，防
6、止型壁上形成的晶體脫落形成等軸晶的核心。1.傳統(tǒng)的定向凝固技術(shù)1.1發(fā)熱劑法(EP法)這是最原始的定向凝固方法，金屬熔體內(nèi)的溫度梯度小，單向傳熱不易保證，凝固一旦開始就無法對凝固過程進(jìn)行控制。其具體工藝為將熔化好的金屬液澆入一側(cè)壁絕熱，底部冷卻，頂部覆蓋發(fā)熱劑的鑄型中，在金屬液和已凝固金屬中建立起一個自上而下的溫度梯度，使鑄件自上而下進(jìn)行凝固，實現(xiàn)單向凝固。這種方法由于所能獲得的溫度梯度不大，并且很難控制，致使凝固組織粗大，鑄件性能差，因此，該法不適于大型、優(yōu)質(zhì)鑄件的生產(chǎn)。但其工藝簡單、成本低，可用于制造小批量零件。圖1發(fā)熱劑法定向
7、凝固示意圖1.2.功率降低法(PD法)功率降低法發(fā)展于加世紀(jì)60年代，其原理如圖2所示。保溫爐分段加熱，當(dāng)熔融的金屬液置于保溫爐內(nèi)后，在從底部對鑄件冷卻的同時，自下而上順序關(guān)閉加熱器，金屬則自下而上逐漸凝固，從而在鑄件中實現(xiàn)定向凝固。通過選擇合適加熱器件，可以獲得較大的冷卻速度，這種方法在凝固過程中溫度梯度是逐漸減小的，致使所能允許獲得的柱狀晶區(qū)較短，柱狀晶在高度上的粗化比較嚴(yán)重，組織不夠理想。加之設(shè)備相對復(fù)雜不易控制，能耗大，限制了該方法的應(yīng)用。圖2功率降低法定向凝固原理1.3快速凝固法(HRS)HRS法，即“HighRateso
8、lidificatfon’’，又稱鑄型移動法，如圖3所示。為了改善功率降低法在加熱器關(guān)閉后，冷卻速度慢的缺點，在Bridgman晶體生長技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展成了一種新的定向凝固技術(shù)，即快速凝固法。由于加熱與冷卻裝置之間用隔熱板隔開，固液界
