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本次课主要内容1讲解作业2铸锭组织的形成与控制铁碳合金平衡组织912℃G6.0Fe1.02.03.04.05.0PF+PL'd200400QF+APF600800S6.69Fe3CK温度/14001394℃A1200℃10001148℃EL+AC1600AHL+δBLDFwc(%)727℃δδ+ALdF+Fe3CⅢP+Fe3CⅡ+L'dP+Fe3CⅡFe3CⅠ+L'dA+Fe3CⅡ+LdL+Fe3CⅠA+Fe3CⅡFe3CⅠ+LdJ铁碳相图铁碳合金及平衡结晶P219/5-7,5-9;P220/5-14§三铁碳合金及平衡结晶P219/5-9;P220/5-142分析W(C)=0.5%的铁碳合金从液态平衡结晶过程，并计算室温下的组织组成物和相组成物的含量。组织组成物含量:W(a)=0218.077.05.077.0=36.1％W(P)=0218.077.00218.050.0=63.9％相组成物含量:W(a)=0008.069.650.069.6=92.5％W(Fe3C)=0008.069.60008.050.0=7.5％3室温下与共析温度下，珠光体（P）中的铁素体（F或a）和渗碳体(Fe3C)的相对数量各为多少？室温下W(a)=W(Fe3C)=共析温度下W(a)=0008.069.677.069.6＝88.5％0008.069.60008.077.0＝11.5％0218.069.677.069.6＝88.8％W(Fe3C)=0218.069.60218.077.0＝11.2％例题4.9.1(1)定出P,R,S三点的成分，若有P,R,S三点合金的质量分别为2、4、7kg，求混合构成新合金的成分。(2)定出ωc=0.8，ωA/ωB等于S中ωA/ωB时的合金成分。(3)有4kg成分为P点的合金，欲配成10kg成分为R点的合金，求需加入的合金成分。(3)4kg成分为P点的合金含A为4×20%=0.8kg；含B为4×10%=0.4kg；含C为4×70%=2.8kg；10kg成为R点所需成分含A为10×10%=1kg；含B为10×60%=6kg；含C为10×30%=3kg；则所需加入的合金成分A=(1-0.8)/(10-4)×100%=3.3%(1分)B=(6-0.4)/(10-4)×100%=93.3%(1分)；C=(3-2.8)/(10-4)×100%=3.3%(1分)第四节铸锭组织的形成与控制工业上应用的零部件通常由两种途径获得：一种是由合金在一定几何形状与尺寸的铸模中直接凝固而成，这称为铸件；另一种是通过合金浇注成方或圆的铸锭，然后开坯，再通过热轧或热锻，最终可能通过机加工和热处理，甚至焊接来获得部件的几何尺寸和性能。显然，前者比后者节约能源，节约时间，节约人力，从而降低生产成本，但前者的适用范围有一定限制。对于铸件来说，铸态的组织和缺陷直接影响它的力学性能；对于铸锭来说，铸态组织和缺陷直接影响它的加工性能，也有可能影响到最终制品的力学性能。因此，合金铸件（或铸锭）的质量，不仅在铸造生产中，而且对几乎所有的合金制品都是重要的。1．铸锭（件）的宏观组织金属和合金凝固后的晶粒较为粗大，通常是宏观可见的。a表层细晶区的形成当液态金属注人锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且型壁可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大至互相接触，形成由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。1．铸锭（件）的宏观组织b柱状晶区随着细晶区壳形成，型壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体的冷却变慢,并且由于结晶时释放潜热,故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，只有细晶区中现有的晶体向液体中生长。在这种情况下，只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优先生长，而其他取向的晶粒，由于受邻近晶粒的限制而不能发展，因此，这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。各柱状晶的生长方向是相同的。1．铸锭（件）的宏观组织C中心等轴晶区柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长，当整个熔液温度降至熔点以下时，熔液中出现许多晶核并沿各个方向长大，就形成中心等轴晶区。1．铸锭（件）的宏观组织关于中心等轴晶区的形成机制：（1）成分过冷理论随着柱状晶的生长，发生成分过冷（当界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷），使成分过冷区从液－固界面前沿延伸至溶液中心，导致中心区晶核的大量形成并向各个方向生长而成为等轴晶，这样就阻碍了柱状晶的发展，形成中心等轴晶区。1．铸锭（件）的宏观组织关于中心等轴晶区的形成机制：（2）溶液对流当液态金属或合金注入锭模时，靠近型壁处的液体温度急剧下降，在形成大量表层细晶的同时，造成锭内溶液很大的温差。由于外层较冷的液体密度大而下沉，中心较热的液体密度小而上升，于是造成剧烈的对流。对流冲刷已结晶的部分，可能将某些细晶带入中心液体，作为籽晶而生长成为中心等轴晶。1．铸锭（件）的宏观组织液体金属注入铸模后的对流示意图关于中心等轴晶区的形成机制：（3）枝晶局部重熔产生籽晶合金铸锭的柱状晶呈树枝状生长时，枝晶的二次晶通常在根部较细，这些“细颈”处发生局部重熔（由于温度的波动）使二次轴成为碎片，漂移到液体中心，成为“籽晶”而长大成为中心等轴晶区。1．铸锭（件）的宏观组织2影响铸锭组织的因素铸锭的宏观组织与浇注条件有密切关系，随着浇注条件的变化可改变3个晶区的相对厚度和晶粒大小，甚至不出现某个晶区。通常快的冷却速度，高的浇注温度和定向散热有利于柱状晶的形成；如果金属的纯度较高、铸锭截面较小时，柱状晶快速成长，有可能形成穿晶。相反，慢的冷却速度，低的浇注温度，加入有效形核剂等均有利于形成中心等轴晶。柱状晶的优点是组织致密，另外柱状晶的“铸造织构”也可被用作磁铁的铁合金，提高合金的力学性能。例如，立方金属的001方向与柱状晶长轴平行，这一特性被用来生产用作磁铁的铁合金。磁感应是各向异性的，沿001方向较高。这可用定向凝固方法使所有晶粒均沿001方向排列。2影响铸锭组织的因素柱状晶的缺点是相互平行的柱状晶接触面，尤其是相邻垂直的柱状晶区交界面较为脆弱，并常聚集易熔杂质和非金属夹杂物，所以铸锭热加工时极易沿这些弱面开裂，或铸件在使用时也易在这些地方断裂。柱状晶形成弱面，热轧时开裂等轴晶无择优取向，没有脆弱的分界面，同时取向不同的晶粒彼此咬合，裂纹不易扩展，故获得细小的等轴晶可提高铸件的性能。但等轴晶组织的致密度不如柱状晶。表层细晶区对铸件的性能影响不大，由于它很薄，通常可在机加工时被除掉。2影响铸锭组织的因素1）、铸锭（铸件）的宏观组织控制：特殊情况下可得到全部为柱状晶和等轴晶1）、铸锭（铸件）的宏观组织控制：特殊情况下可得到全部为柱状晶和等轴晶例：三个成份相同，但铸造温度和铸模材料不同的铸件得到三种横截面：A.粗等轴晶B.细等轴晶C.典型三层晶带组织，试解释为何产生不同的组织。A高的浇注温度，导热性差的砂模B低的浇注温度,导热性差的砂模C适中的浇注温度,导热性好的砂模2）、铸锭的宏观组织控制：控制晶粒的大小2）、铸锭的宏观组织控制：控制晶粒的大小2）、铸锭的宏观组织控制：控制晶粒的大小AlMg合金没有变质处理晶粒AlMg合金经过变质处理晶粒2）、铸锭的宏观组织控制：控制晶粒的大小小结及作业1铸锭三个晶区及其形成机制2影响铸锭组织的因素3铸锭的宏观组织控制作业1表层细晶区的形成机制？作业2控制铸锭晶粒大小的方法有哪些？作业3柱状晶有何优缺点？