chapter 2材料凝固理论

第二章 材料凝固理论 主要内容： 材料凝固概述 凝固的热力学基础 形核 生长 溶质再分配 共晶合金的凝固 金属及合金的凝固方式 凝固成形的应用

材料成形技术基础

第一节 材料凝固概述一、凝固成形的基本问题和发展概况 1、基本问题： 凝固组织的形成与控制 铸造缺陷的防止与控制 铸件尺寸精度与表面粗糙度控制

控制铸件的凝固组织是凝固成 形中的一个基本问题。目前已建立 了许多控制组织的方法，如孕育、 动态结晶、定向凝固等。

第一节 材料凝固概述一、凝固成形的基本问题和发展概况 1、基本问题： 凝固组织的形成与控制 铸造缺陷的防止与控制 铸件尺寸精度与表面粗糙度控制

缩孔、缩松；偏析缺陷；裂纹。还 有许多缺陷，如夹杂物、气孔、冷隔等， 出现在填充过程中，它们不仅与合金种 类有关，而且，还与具体成形工艺有关。

第一节 材料凝固概述一、凝固成形的基本问题和发展概况 1、基本问题： 凝固组织的形成与控制 铸造缺陷的防止与控制 铸件尺寸精度与表面粗糙度控制

铸件尺寸精度和表面粗糙度由于受到 诸多因素(如铸型尺寸精度及型腔表面粗 糙度、液体金属与铸型表面的反应、凝固 热应力、凝固收缩等)的影响和制约，控 制难度很大。

2、发展概况： 金属凝固理论的发展

凝固技术的发展计算机的应用

近四十年来，从传热、传质和固液 界面三个方面进行研究，使金属凝固理 论有了很大的发展，例如：建立了铸件 冷却速度和晶粒度以及晶粒度与力学性 能之间的一些函数关系，为控制铸造工 艺参数和铸件力学性能创造了条件。

2、发展概况： 金属凝固理论的发展

凝固技术的发展计算机的应用

典型代表就是定向凝固技术、快 速凝固技术和复合材料的获得。此外， 还有半固态金属铸造成形技术等。

2、发展概况： 金属凝固理论的发展 凝固技术的发展 计算机的应用

凝固过程数值模拟技术；快速样件 制造技术；过程和设备运行的计算机控 制。

二、凝固过程中材料的物理性质 与晶体结构的变化 体积改变 外形改变 熵值改变 产生凝固潜热 晶体结构改变 发生溶质再分配

大多数材料在经历液-固转变时， 其体积将缩小3-5%,原子的平均间距减 小1-1.7%,导致缺陷形成的主要原因之 一。

二、凝固过程中材料的物理性质 与晶体结构的变化 体积改变 外形改变 熵值改变 产生凝固潜热 晶体结构改变 发生溶质再分配