材料加工原理课件 第6讲.ppt

《材料加工原理课件 第6讲.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章金属的凝固加工4.14.24.34.44.54.6概述凝固过程中的传质单相合金的凝固界面稳定性与晶体形态多相合金的凝固凝固组织与控制Castingisnotonlyanartbutalsoascience.SolidificationTheorySolidificationisnotonlyasciencebutalsoanobleart!20世纪金属凝固理论的进展（1）主要凝固模型回顾20~30年代——Tammann结晶理论40年代——Chvorinov平方根定律50年代——Chalmers，Tiller，JacksonandR

2、utter，成分过冷理论60年代——JacksonandHunt，共晶生长理论70年代——Flemings，局部溶质再分配理论80年代——Aziz，快速凝固条件下的溶质再分配模型90年代——KurzandTrivedi，从极慢速凝固到快速凝固的统一模型•••••••20世纪金属凝固理论的进展（2）近20年的主要成就特种条件下的凝固规律–快速凝固、极低速凝固–微重力凝固、超重力凝固、超高压凝固凝固过程的计算机数值模拟与仿真–凝固过程温度场的模拟仿真–金属液充型过程流场的模拟仿真–凝固过程应力场的模拟仿真–凝固组织的模拟仿真••凝固——金属

3、从液态转变为固态的过程金属的结晶1.体积收缩2.成分重新分配3.凝固类型内生凝固1.外生凝固2.内生凝固SnowPatternSnowPattern外生凝固外生凝固等轴、定向和单晶叶片Polycrystalline,ColumnarandSingleCrystalBlades凝固类型外生凝固：光滑壁面凝固粗糙壁面凝固1.2.海面状凝固3.内生凝固：逐层凝固1.粥状凝固2.凝固过程的传质——成分再分配Fick扩散第一定律：Fick扩散第二定律一维动态稳定浓度（溶质）场溶质分配特征方程溶质分配特征方程通解凝固和传质过程的有关物理量扩散系数D

4、溶质平衡分配系数k液相线斜率mL液相温度梯度GL长大速度R•••••扩散系数D••物质在介质中传输能力的度量。原子的扩散系数：–在液体金属中约为10-5cm2/s数量级；–在固体金属中约为10-8cm2/s。无限扩散或充分扩散：扩散系数趋于无穷大，为理想情况。有限扩散：扩散系数只能是某一有限的数值。••溶质平衡分配系数k温度T时S/L界面处固相中溶质的浓度k==同一温度下S/L界面处液相中溶质的浓度溶质平衡有效分配系数kE当时液体的平均成分有效分配系数kE=所形成的固体的瞬时成分=液相线斜率mL液相CLTLCS温度T温度TLSLTm固相

5、k>1(b)成分CTm液相TCLCSL固相Sk<1(a)成分C凝固界面上液相中的温度梯度GLT↑••••单晶体长大：GL=~摄氏几度/cm；铸件及铸锭：GL=~几十度/cm；焊接熔池凝固：GL=~几百度/cm。激光加工：GL=~上千度/cmGL>0SLT↓GL<0凝固速度R•凝固速度是指固-液界面向液相中推进速度。有时凝固速度是指界面上几点的平均速度，有时是指界面上某一特定区域的速度。凝固速度通常表示为cm/s或cm/h。••稳定传质过程的一般性质稳态定向凝固液体溶质分配特征微分方程的通解：边界条件时，，有时，，有，即因此，特解为：4.

6、3单相合金的凝固1234平衡凝固固相无扩散，液相充分扩散（完全混合）固相无扩散，液相只有扩散无对流固相无扩散，液相有扩散并有对流1、平衡凝固平衡凝固：在液相和固相中的溶质完全扩散均匀。••在实际生产中，平衡凝固条件是不可能遇到的。当具备R2<

7、，向液相中扩散。C0C%SL0lxkC0平衡凝固在温度T*时，CS与CL平衡，由于固相和液相**中溶质的扩散是充分的（见下图），此时整个固相的成分都变成CS*，而整个液相成分都*变成CL，即：CSC%SLC0CLkC00lx平衡凝固设fS、fL分别表示固相和液相的体积(或重量)分数，则平衡凝固下的杠杆定律：平衡凝固最后，当温度下降到TS时，合金完全凝固成为C0成分的均一固相（见下图）。C0C%SkC00lx2、固相无扩散、液相完全混合2.固相无扩散、液相完全混合液体合金原始成分C0，装入长L的容器中，并令其从一端进行凝固。温度为TL时，

8、开始形成少量固相，成分为kC0（见下图）。C0C%SLkC00lx2.固相无扩散、液相完全混合当温度降至T*时，固相成分CS与液相成分CL平**衡，由于固相中无扩散，所以，开始时凝固的固相成分不变，仍为kC