缓慢冷却

铸造过程中的缓慢冷却组员：彭鹏李闪徐伟顾森东生产中我们可以看到三角试块的尖角部分是白口组织，而厚处是灰口组织，在白口组织和灰口组织之间有一小段过渡层是麻口组织。同一牌号铁水浇注同样的铸件时，用干型和湿型铸造出的铸件，它们的组织和性能是不同的。同一铸件在高温浇注时就没有低温浇注时硬度高等。这些现象说明冷却速度是一个综合因素。一、冷却速度的影响因素铸件壁厚铸件的几何形状比较复杂，壁厚差别也较大，它们对冷却速度影响很大。式中R—换算厚度；V—铸件的体积；F—铸件的表面积。公式表示单位表面积占有多大的体积。体积的大小就表示总热量的多少，体积越大,热量越多.表面积大小表示了散热能力的大小，表面积越大。散热越快。因此，换算厚度越大，既散热能力越小，冷却速度越小。FVR浇注温度浇注温度是通过铸型而影响到铸件的冷却速度的。浇注温度较低时，由于铸型从铁水得到的热量较少，因此当铁水达到结晶温度时，铸型温度还比较低，使铁水与铸型间的温度差较大，结晶时的冷却速度也就大。铸型的影响铸件的冷却速度还与铸型的材料和温度、浇冒口系统的位置有关。由表可知，湿型的冷却速度大于干型和预热型。当用金属型或冷铁时，其冷却速度就更大。因此，在生产中可以利用材料的激冷能力的不同来控制铸件的各部分的冷却速度，得到所要求的组织和性能。试样直径（mm）平均冷却速度（℃/分）湿型干型预热性200℃~400℃3020.512.09.13001.71.20.5二、快速冷却的缺点高冷速会导致热裂纹的形成冷却速率越高，则收缩速率越大，收缩受阻产生的变形速率也越大，造成晶粒方位调整和晶间滑移的阻力提高，引起变形抗力增加，破坏晶间搭桥而形成晶间分离，从而促使热裂纹的形成；高冷速会导致高的残余应力冷却速度越快，冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形越大，残余应力也就越大。对于定向凝固合金，冷却速率不影响晶粒的形核，冷却速率提高将增大合金热裂倾向。三、缓慢冷却的应用1.可以获得灰口组织当化学成分一定时，铁水在凝固过程中和固态相变中的冷却速度大小，直接影响石墨化程度，对铸铁的组织和晶粒的大小具有决定性的影响，改变冷却速度可以在较大范围内获得各种组织。同一成分的铁水，当快速冷却时可以得到白口组织;当缓慢冷却时却能得到灰口组织;当冷却速度介于二者之间时，则形成既有渗碳体又有游离石墨的麻口组织，冷硬铸铁就是根据这一基本原理制得的。如图表示冷却速度对冷硬铸铁组织形成的影响。图中v1表示获得白口层所需的最小冷却速度。v2表示保证中心灰口区的最大冷却速度。通常采用金属型来控制其冷却速度，与金属型接触的铸件表面形成白口组织。远离接触面的心部形成灰口，白口与灰口之间为过渡区，即为麻口组织。2.铸锭组织中获得中心等轴晶粒铸锭（件）的中心等轴晶区无择优取向，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。慢的冷却速度，低的浇注温度，加入有效的形核剂或搅动等均有利于形成中心等轴晶。3.大型铸件获得凝固过程的冷却速率是凝固条件的主要指标。不同凝固条件下的冷却速率变化范围达十几个数量级。大型铸锭的冷却速率约为10-3~10-2℃/s，普通铸件随尺寸和冷却条件的不同，冷却速率在10-3~102℃/s的范围变化。普通雾化工艺生产金属粉末过程的冷却速率约为103℃/s。快速雾化法粉末材料等快速凝固过程中的冷却速率达到104℃/s的数量级。雾化沉积、单辊法和激光表面重熔等快速凝固过程的冷却速率可高达106~109℃/s。在不同的冷却速率范围内凝固过程的主要矛盾发生变化，凝固过程的研究内容也将随之变化。不同的应用条件对材料的组织及晶体结构要求不同，凝固过程研究的侧重点有很大区别，控制方法也存在着差异。4.改善显微偏析显微偏析对机件性能的危害是明显的，例如由于成分的不均会造成组织上的差别；造成冲击韧性及塑性的下降，此外，它还会导至抗腐蚀性的降低等，对于显微偏析采用长时间的扩散退火可以予以消除或减轻。随着局部凝固时间的增大，非平衡相的析出量减小，即偏析可减轻。这主要是由于扩散时间延长，促进了成分的均匀化。5.获得近平衡组织工业生产中，合金溶液浇注后的冷却速度较快，在每一个温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离了平衡条件。冷却速度越慢，固相平均成分线和液相平均成分线越接近固、液相线，表明冷却越接近平衡冷却条件。反之，冷却速度越快，他们偏离固、液相线越大。6.缓慢凝固速度对AZ91镁合金组织的影响Mg-Al相图靠近Mg一侧，凝固开始阶段固液界面处固相浓度沿BD线变化，而固相中心的浓度由于Al原子固态几乎无扩散，沿BC线即并不随温度的降低而变化，因而导致新结晶的固相中，浓度达到D点时，已凝固部分的平均成分在图中的E点，而不是D点浓度，此时凝固并没有完成，产生离异共晶。根据金属凝固原理。当金属凝固时，固液界面处的液相及固相成分决定了金属能否在稳定态下凝固。当凝固速度较快时，界面处溶质浓度在液相和固相中的分配均导致凝固极大地偏离平衡状态，在Mg-Al合金典型的树枝状凝固时发生枝晶偏析。但在凝固速度很小的情况下，C0成分合金恰好在固相线上凝固，即在较慢凝固速度下，金属可以实现稳定凝固。图(a)主要由α-Mg固溶体和沿境界网状分布的βMg17Al12相组成，经过测量β相的体积分数约为21.3%。经缓慢凝固处理后，枝晶偏析有所减轻。随着冷却速度的降低，合金凝固组织中βMg17Al12相的量逐渐减少，析出相由连续的网状分布逐渐变成断续的条状和块状分布于晶界处，数量明显减少，但晶粒有长大的趋势。图(d)-(f)中能明显看出，晶界处的共晶相网络状分布几乎断开，沿枝晶臂断续分布。随着凝固速度的降低，凝固区域的Al原子富集现象减轻，枝晶偏析大部分得到消除，液相中溶质浓度接近于平衡浓度。在通常的凝固条件下，由于冷却速度快，合金铸态组织中由于枝晶偏析会产生β离异共晶组织和（α+β）片层状共晶组织。冷却速度降低时，凝固过程接近平衡凝固，枝晶偏析大部分得到消除。四、降低冷却速度的方法提高浇注温度在较高的温度下进行浇注，铸件将较多热量传给型腔，使型腔被加热到较高温度，减慢了合金凝固时的冷却速度，铸件凝固时间变长。模具温度合金浇入铸型后,模具吸收合金液热量,其表面温度瞬间将升高到接近浇注温度,随后又向内部扩散热量,同时也向外传递,从而模具内部温度不断升高,使得铸件的冷却速度不断减慢，也就是减慢了合金凝固时的冷却速度,铸件凝固时间变长。模具温度的变化对冷却速度的影响相对更大一些,这主要是因为模具的体积比铸件要大得多,其热容也比铸件要大,贮存的热量比铸件大而且散发热量比铸件要慢。对于砂型铸造可以对干砂型进行预热，以减慢冷却速度。对于湿砂型热传递能力下降，冷却速度也可以减小。Thankyou!