快速凝固技术ppt课件.ppt
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1、2.3 快速凝固技术(快速凝固技术(rapid solidification)2.3.1 概述概述 可以说可以说6060年代,快速凝固概念形成,并在多种合金体年代,快速凝固概念形成,并在多种合金体系当中观察到了亚稳效应系当中观察到了亚稳效应q 在快速凝固领域中的几个主要标志在快速凝固领域中的几个主要标志 1)1) 19601960年年DuwezDuwez及其同事发明及其同事发明“枪枪”技术,开创了材料科技术,开创了材料科学领域的一个新时代。(学领域的一个新时代。(10106 6k/sk/s),这年的工作发现,),这年的工作发现,凝固工艺可以改变材料的组织结构,包括:凝固工艺可以改变材料的组织结
2、构,包括: 扩大固溶极限扩大固溶极限 形成新型非平衡晶体或准晶相形成新型非平衡晶体或准晶相 生成金属玻璃生成金属玻璃1. 快速凝固及其发展快速凝固及其发展 q 什么是快速凝固?什么是快速凝固? 指冷却速度大于指冷却速度大于10102 2K/SK/S的凝固过程称为快速凝固。的凝固过程称为快速凝固。2)2) 7070年代,非晶态材料领域的研究更为活跃,因为制备连续的年代,非晶态材料领域的研究更为活跃,因为制备连续的等截面长薄带技术得到了发展。金属玻璃非同寻常的性能促等截面长薄带技术得到了发展。金属玻璃非同寻常的性能促进了该领域的发展,同时推动了磁性材料的应用和发展。进了该领域的发展,同时推动了磁性
3、材料的应用和发展。3)3) 8080年代关于快速凝固微晶合金的研究(尤其是航空工业领域年代关于快速凝固微晶合金的研究(尤其是航空工业领域具有应用前景的轻金属材料)活跃,这是因为金属玻璃在高具有应用前景的轻金属材料)活跃,这是因为金属玻璃在高温退火后晶化并失去其所有的优异性能。温退火后晶化并失去其所有的优异性能。4)4) 目前,已发展了很多制备快速凝固金属和合金的技术,主要目前,已发展了很多制备快速凝固金属和合金的技术,主要功能:细化晶粒、产生一种或多种亚稳相,其产品主要为粉、功能:细化晶粒、产生一种或多种亚稳相,其产品主要为粉、丝、带、片、线等。丝、带、片、线等。5)5) 快速凝固产品广泛应用
4、,航空、天工业、机械、电子。快速凝固产品广泛应用,航空、天工业、机械、电子。2. 实现快速凝固的条件实现快速凝固的条件 实现实现RSRS的基本条件的基本条件 1)1) 金属液分散成液流或液滴,至少在一个方向上尺寸极小,金属液分散成液流或液滴,至少在一个方向上尺寸极小,以便散热。以便散热。2)2) 具有传热的冷却介质。具有传热的冷却介质。 满足满足RSRS条件的途径:条件的途径: 1)1) 大的冷却速度大的冷却速度 ddT 对于尺寸足够小的凝固试件,界面散热成为控制冷却对于尺寸足够小的凝固试件,界面散热成为控制冷却的主要环节。增大散热强度,使熔体以极快的速度降温,的主要环节。增大散热强度,使熔体
5、以极快的速度降温,即可实现快速凝固。即可实现快速凝固。设:液膜厚度为设:液膜厚度为h h,与冷却介质的温差,与冷却介质的温差 T T,一维传热,一维传热, 其冷却速度为其冷却速度为ChTddT: 界面换热系数界面换热系数 (W / m2 ) TT:液膜与冷却介质的温度差:液膜与冷却介质的温度差 ( () ): 合金的密度合金的密度 (Kg/m3)C C: 比热比热 (J / Kg ) h h: 液膜厚度液膜厚度 (m)(m)单辊、双辊、旋转圆盘及锤砧式制备工艺。单辊、双辊、旋转圆盘及锤砧式制备工艺。2) 大的生长速度大的生长速度R 提高铸型的导热能力,增加热流导出速度,凝固界面提高铸型的导热能
6、力,增加热流导出速度,凝固界面快速推进,熔体与基体为一体,传热主要靠导热。快速推进,熔体与基体为一体,传热主要靠导热。忽略液相过热条件下,单向凝固速度:忽略液相过热条件下,单向凝固速度:.LGRss s s- - 导热系数导热系数(W / m )Gs- 凝固层温度梯度(凝固层温度梯度( /m)L 熔化潜热(熔化潜热(J/Kg) - 合金密度(合金密度(Kg/m3)大生长速度见于快速定向凝固、焊接过程和激光处理等大生长速度见于快速定向凝固、焊接过程和激光处理等3) 大过冷度大过冷度 T 利用抑制凝固过程的形核,使利用抑制凝固过程的形核,使合金液获得很大过冷度合金液获得很大过冷度,实现凝固过程释放
7、的实现凝固过程释放的凝固潜热与过冷散失的物理热抵消凝固潜热与过冷散失的物理热抵消。使。使凝固过程处在几乎凝固过程处在几乎绝热状态绝热状态,需导出的热流几乎很小,获得,需导出的热流几乎很小,获得很大的冷却速度。很大的冷却速度。CLT T - T - 过冷度(过冷度( )L - L - 熔化潜热熔化潜热 (J/Kg)C - C - 比热比热 (J / Kg ) 见于液相微粒的快凝、特殊处理的大过冷度液体块料的凝固见于液相微粒的快凝、特殊处理的大过冷度液体块料的凝固3. 快速凝固的特点快速凝固的特点 1.1. 凝固速度大,无溶质分配(产生平衡分配)。凝固速度大,无溶质分配(产生平衡分配)。2.2.
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