快速凝固课件.ppt
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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年代年代初,是在比常规工艺过程快得多的冷却速度或大初,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得多的过冷度下,合金以极快的凝固速率由液态转变为固态的过程。转变为固态的过程。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
2、。固过程。 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、模冷冷却方式的不同,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。技术和表面熔化及沉积技术三大类。模冷技术 模冷技术:使金属液接触固
3、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,
4、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
5、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-热分析热分析法法 3、落管法、落管法 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、固液固液两相区法两相区法 7、循环过热法、循环过热法 8、玻璃熔、玻璃熔体体净化法净化法 9、复合净化法、复合净化法 乳化乳化-热分析热分析法的基本思想是在惰性环境(惰性基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
6、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:通过电磁悬浮熔炼、电子束或其他方法熔化落管法:通过电磁悬浮熔炼、电子束或其他方法熔化金属,随后金属熔体在真空或通入保护性气体的管中金属,随后金属熔体在真空或通入保护性气体的管中自由下落冷却凝固。自由下落过程中,金属或合金液自由下落冷却凝固。自由下落过程中,金属或合金液避免与器壁相接触,同时又具有微重力凝固的特征,避免与器壁相接触,同时又具有微重力凝固的特征,因而可以获得深过冷。因而可以获得深过冷。 电磁悬浮熔炼法:通过选择合适的线圈形状及输出频
7、电磁悬浮熔炼法:通过选择合适的线圈形状及输出频率,使试样在电磁力作用下处于悬浮装态,再通入率,使试样在电磁力作用下处于悬浮装态,再通入He、Ar、H2等保护气氛,通过感应加热熔化,控制等保护气氛,通过感应加热熔化,控制凝固从而实现深过冷。凝固从而实现深过冷。 微重力法:利用太空中微重力场和高真空条件,使液微重力法:利用太空中微重力场和高真空条件,使液态金属自由悬浮于空中实现无坩埚凝固,从而获得深态金属自由悬浮于空中实现无坩埚凝固,从而获得深过冷。过冷。 固液固液两相区法:将合金熔体过热,然后冷却至固液两两相区法:将合金熔体过热,然后冷却至固液两相区,使也想在先析出相的包裹下结晶而获得深过冷。相
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