連續(xù)定向凝固.doc

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1、1連續(xù)定向凝固的基本原理連續(xù)定向凝固技術(shù)是熱型連鑄即OCC法發(fā)展的高級階段，也是目前應(yīng)用較多的單晶連鑄方法。其基本原理與OCC法相似，均是將結(jié)晶器的溫度保持在熔體的凝固溫度以上，絕對避免熔體在型壁上形核，完全消除等軸晶的來源，獲得了單向凝固的柱狀晶連續(xù)鑄錠，熔體的凝固只在脫離結(jié)晶器的瞬間進行。隨著鑄錠不斷離開結(jié)晶器，熔體的凝固方向沿?zé)崃鞯姆捶较蜻M行，這種方法最大的特點是改變傳統(tǒng)的連續(xù)鑄造中冷卻結(jié)晶器為加熱結(jié)晶器，熔體的凝固不在結(jié)晶器內(nèi)部進行。其原理見圖1。2連續(xù)定向凝固技術(shù)的特點連續(xù)定向凝固技術(shù)的特點:(1)在鑄型出口端與冷卻區(qū)之間具有高的溫度梯度，型內(nèi)金屬

2、液的熱量主要沿拉鑄方向單向傳輸，造成有利于定向凝固的條件，可鑄出長度不受限制的單晶和柱狀晶鑄錠。(2)鑄錠與鑄型之間始終存在一層液體膜，鑄錠表面在離開鑄型出口一小段距離之后才自由凝固，鑄錠表面光滑呈鏡面狀。金屬液在鑄型出口處凝固結(jié)殼，顯著地減小鑄件與型壁的磨擦磨損，可鑄得表面非常光潔的復(fù)雜截面形狀的薄壁型材。因此，OCC技術(shù)可以稱為一種新型成形技術(shù)，可用于制造那些通過塑性加工難以成型的硬脆合金及金屬間化合物等線材、板材及復(fù)雜管材等。(3)凸出的固液界面有利于凝固過程中析出的氣體及夾雜不斷排向液體，不被卷入鑄錠，而且不存在補縮困難的問題。因此，鑄錠組織致密，無

3、氣孔、縮孔、縮松等鑄造缺陷。有利于后續(xù)的冷加工，可以減少甚至消除冷加工過程中的中間退火，節(jié)省了能源，提高了生產(chǎn)效率。(4)凸出的固液界面有利于引晶階段晶體的競爭生長，易于實現(xiàn)多晶組織向單晶的演化。但是，由于鑄錠在離開鑄型時，表面仍呈液體狀態(tài)，鑄錠的成形依靠液膜表面張力與液體金屬靜壓力和重力的平衡，使得該技術(shù)在具體的工藝方案及工藝控制上有其特殊性。3連續(xù)定向凝固技術(shù)的應(yīng)用定向凝固技術(shù)的實現(xiàn)，對研發(fā)新型金屬材料和近成型產(chǎn)品，進一步開發(fā)金屬材料的潛力起到了積極的推動作用。目前，世界范圍內(nèi)有多家企業(yè)采用該技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品，如日本大阪富士公司制造的連鑄單晶鎂以及用于弧焊的

4、一系列鋁合金線;日本OsakaFujiKogyo公司生產(chǎn)的Sn-Bi共晶合金的焊絲;三井公司開發(fā)的各種復(fù)雜形狀的熱型連鑄銅管等。國內(nèi)也有西北工業(yè)大學(xué)超晶科技發(fā)展有限責(zé)任公司、焦作森格高新材料有限責(zé)任公司、慧邦科技有限公司和廣州協(xié)力創(chuàng)壹科技發(fā)展有限公司等幾家公司，在從事熱型連鑄制品的開發(fā)。從目前熱型連鑄的發(fā)展狀況及技術(shù)的特點來看，其制品主要應(yīng)用在以下幾個方面。3.1金屬單晶材料定向凝固組織對金屬材料冷加工性能的改善是非常顯著的，因其消除了橫向晶界，減少了位錯塞積，使得塑性加工更易進行;且減少加工時在晶界處的斷裂，尤其是單晶材料更是不會出現(xiàn)晶界斷裂的情況。因而定

5、向凝固單晶制品可以加工成超細絲和超薄箔，在集成電路、大型計算機以及電子儀器等領(lǐng)域有很廣闊的應(yīng)用前景，且因其晶界減少，也大大降低了對信號的損耗，因此也是高保真音響設(shè)備所需的高新材料。3.2特種焊接材料熱型連鑄技術(shù)制得的含鈷Stellite合金焊條，可完全消除氣孔、夾雜、縮孔淞得內(nèi)部缺陷，且表面質(zhì)量良好。同時，熱型連鑄焊條的生產(chǎn)效率高于擠壓焊條的生產(chǎn)效率。3.3復(fù)雜界面的薄壁型材、管材由于熱型連鑄型內(nèi)金屬呈液態(tài)，與型壁無摩擦力，因而有可能拉鑄截面形狀復(fù)雜、壁厚很薄的鑄件。例如擁有內(nèi)外翅片、雙層壁和多通道特征的銅管。3.4其他方法難以加工的型材上世紀90年代初，熱

6、型連鑄技術(shù)的應(yīng)用研究開始向高合金高熔點材料發(fā)展，OCC研究中心和OsakaFujiKogyc)公司進行了鉆基合金棒材和板材的試驗研究，同時也進行了Ni-Ti、Ni-Al合金和純Si的連鑄試驗。熱型連鑄技術(shù)能改善金屬的性能、提高難加工材料的塑性加工性能，如Mn、Sn-Zn等;還能改善產(chǎn)品的抗疲勞性能。3.5金屬包鑄復(fù)合材料目前，利用雙金屬連鑄裝置已經(jīng)成功連鑄出Sn包鑄Sn–Pb、Sn-Bi、Sn-Zn共晶管材和線材，AL包覆Al-Cu共晶管材以及SiC增強AL基復(fù)合材料棒材和線材，并對其工藝過程進行了研究。同時，采用OCC法已成功用Sn和鋁合金包鑄光纖，金屬包

7、鑄光纖克服了不銹鋼套保護光纖費用高、施工不便的缺點。4結(jié)束語單晶連鑄定向凝固技術(shù)在國外發(fā)達國家研究起步較早，也較為活躍，而國內(nèi)則落后許多。目前還很難實現(xiàn)市場上的廣泛應(yīng)用，其主要是連鑄工藝參數(shù)的制定及控制方面欠缺，難以實現(xiàn)單晶連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)。今后還要展開更深入的研究，針對連鑄工藝參數(shù)對凝固方式、固液界面位置和形狀、晶體生長方式的影響;單晶組織演化機制;各