9 铸件的宏观组织

1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何?
答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。

表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。

这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。

柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。

内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。

随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。

同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。

第一章：铸造凝固组织的形成和控制1.1铸件宏观凝固组织的特征1.1.1特征根据液态金属的成份、铸型的性质、浇注及冷却条件，宏观凝固组织一般包括如下三个部分：表面细晶区，中间柱状晶去，内部等轴晶区。

图：p97 图8-1，b），（1）表面细晶区：紧靠铸型型壁的激冷组织，因此也称激冷区；由无规则的细小等轴晶组成。

特点：非常薄，只有几个晶粒厚。

(2) 中间柱状晶区：紧连细晶区；垂青于型壁（散热方向）；彼此平行排列；断面形状为柱状。

特殊情况：全部是柱状晶区，p97 图8-1，a）（3）内部等轴晶区：各相同性；没有方向性；晶粒尺寸远大于表面细晶区。

特殊情况：全部是等轴晶区：表面细晶区的数量非常小，对工件的整体性能影响不大，而柱状晶区和内部等轴晶区的数量非常大，因此，材料的性能主要取决于这两个相的相对比例。

具体的影响下面再谈。

1.1.2 铸件结晶组织对铸件性能的影响：（1）表面细晶区：特点：晶粒细且没有方向性；性能非常好；非常薄——几个晶粒的厚度:小于1mm。

对铸件性能的影响：对于薄壁铸件：如厚度在4~6mm的铸件，具有一定的意义对于大部分铸件：意义不大，这个厚度所占比例非常小：结论：一般不给与特别重视。

对于特别薄的铸件有一定的意义。

（2）中间柱状晶区：特点：a）晶粒长、粗大、晶界面积小、排列位向一致，b）杂质、非金属夹杂、气体等，一般存在在结晶界面上，特别是最后结晶的界面上。

而在柱状晶区，这些杂质主要存在于柱状晶与柱状晶或柱状晶与等轴晶的界面上，形成性能弱面。

C）进一步的加工，如塑性加工或轧制：在杂质较多的结合界面上产生裂纹。

性能：有方向性；纵向好，横向差；有性能弱面。

结论：一般情况下尽量避免。

特殊情况下充分利用。

举例：高锰钢锤头锤柄。

工况条件，旋转，打击、破碎。

高锰钢成分：Mn=13，C=1.2高锰钢锤头结构及组织示意图性能：韧性非常好，同时加工硬化。

实际生产中遇到的问题：但是浇注出来的铸件，拿锤子一砸就断。

北京科技大学材料科学与工程学院文献综述电磁场对铸件宏观凝固组织的控制学生姓名：_________________学号：_________________专业班级：_________________批阅教师：_________________成绩：_________________2013年5月电磁场对铸件宏观凝固组织的控制摘要：随着电磁技术的发展，电磁场在控制金属凝固、改善合金组织及性能等方面将越来越重要，电磁场在材料加工方面的应用也越来越广，到目前为止，已经出现了很多种电磁加工方法。

施加复合电磁场有如下几个优点：1)在内结晶器中施加行波搅拌磁场不但能够显著的改善铸坯的凝固组织，而且电磁搅拌力引起的金属熔体强制流动能够提高管坯的内表面以及皮下质量，解决管坯内表面不易进行铣面处理的困难。

2)在外结晶器侧放置中频约束线圈能够消除管坯内外表面的偏析瘤以及波痕等缺陷。

3)空心管坯电磁连铸凝固过程的数值模拟结果表明：单独在管坯外结晶器侧放置中频约束线圈或者单独在管坯内结晶器中放置行波搅拌磁场都容易造成凝固坯壳厚度不均匀，产生裂纹缺陷。

通过在管坯内外结晶器中施加合适的复合电磁场能够改善凝固坯壳厚度不均匀的状况，消除裂纹缺陷，而且电磁搅拌加速散热能够减小液穴深度，可以提高生产效率。

关键词：电磁制动；电磁搅拌；电磁超声波；电磁热处理；流体流动；凝固组织Abstract：With the development of electromagnetic technique，electromagnetic field plays an important role in the control of metal solidification， the betterment of structure and performance．Since now，many kinds of electromagnetic methods have been used to material processing．The following merits can be acquired by the multi-electromagnetic fields：1)The stirring magnetic field can not only improve the solidification structure of the large·diameter hollow billet but also eliminate the inclusion and blow hole flaws and improve the inner-surface quality of the hollow billet to avoid the milling of the inner·surface．2)The middle frequency magnetic field can restrain the segregation bud and ripple mark of inner and outer surface of hollow billet．3)The temperature field numerical simulation of electromagnetic continuous casting of the hollow billet shows that：Both the only medium frequency coil and the only stirring magnetic field arc easy to create the crack flaw because of the non．homogeneous of the solidification shell．The imposedmulti-electromagnetic fields can not only improve the homogeneous of solidification shell to restrain the crack flaw but also speed-up the heat dissipation to decrease the melt pool and improve the production efficiency．Key words： electromagnetic brake；electromagnetic stirring；electromagnetic ultrasonic waves； heat treatment under electromagnetic field；fluid flow；so1idification structure引言：柱状晶是晶体择优生长形成的细长晶体，比较粗大，晶界面积较小，柱状晶体排列位向一致，因而其性能也具有明显的方向性，纵向好，横向差。

填空题：1、铸件的宏观凝固组织主要是指，其通常包括、和三个典型晶区。

2、金属塑性变形的基本规律有和。

3、铸件凝固组织中的微观偏析可分为、和等，其均可通过方法消除。

4、在塑性加工中润滑的目的是，模具寿命和产品质量，变形抗力，提高金属的充满模腔的能力等。

5、材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过100％的现象叫。

6、钢冷挤压前，需要对坯料表面进行润滑处理。

7、铸造应力有、和三种。

8、铸件的宏观凝固组织主要是指，其通常包括、和三个典型晶区。

9、铸件凝固组织中的微观偏析可分为、和等，其均可通过方法消除。

10、在塑性加工中润滑的目的是，模具寿命和产品质量，变形抗力，提高金属的充满模腔的能力等。

11、材料的加工过程可以用相关的材料流程、流程和流程来描述。

材料流程中，用来产生材料的形状、尺寸和（或）变化的过程称为基本过程。

材料流程中的基本过程又分为机械过程、过程和化学过程过程。

12、通常所说弹塑性力学三大基础方程指的是方程、方程和方程。

其中表达变形与应变之间关系的是方程。

13、液态金属成形过程中在附近产生的裂纹称为热裂纹，而在附近产生的裂纹称为冷裂纹。

14、润湿角是衡量界面张力的标志。

界面张力达到平衡时，杨氏方程时，液体绝对不能润湿固体。

15、在塑性加工中润滑的目的是，提高模具寿命和产品质量，变形抗力，提高金属的充满模腔的能力等。

16、材料中一点的两种应力状态相等的充要条件是两应力状态的 分别相等。

17、采用主应力法分析宽度为B 的细长薄板在平锤下压缩变形。

已知平衡方程为：02=+hdx d k x τσ，接触表面摩擦条件y k f στ＝，利用近似屈服条件为k y x 2=-σσ，方程的通解为：，其中的积分常数，可根据边界条件：确定，C ＝。

18.液态金属或合金中一般存在起伏、起伏和起伏。

19、铸件的宏观凝固组织主要是指，其通常包括、和三个典型晶区。

20、液态金属成形过程中在附近产生的裂纹称为热裂纹，而在附近产生的裂纹称为冷裂纹。

铸锭组织的控制
在一般情况下，注定的宏观组织有三个晶区，当让这并不是说，所有铸锭（铸件）的宏观组织均由三个晶区所组成，由于凝固条件的复杂性，在某些条件下纯金属的铸锭只有柱状晶体，而在另一种情况下却只有等轴晶区，合金的铸锭一般都具有明显的三个晶区，当浇注条件变化时，其三个晶区的所占比例也往往不同。

由于不同的晶区具有不同的性能，因此必须设法控制结晶条件，使性能好的晶区所占比例尽可能大，而使不希望的晶区尽可能的小。

例如柱状晶区的特点是组织密度，性能具有方向性，缺点是存在脆弱，但是这一缺点可以通过改变铸造结构（如将断面的直角连接改为圆弧连接）来解决，因此索性好的铝，铜等铸锭都希望得到尽可能多的致密的柱状晶。

影响柱状晶生长的因素主要有以下几点：
1.铸锭模的冷却能力
注定莫及刚结晶的固体的导热能力越大，越有利于柱状晶的生长。

生产上经常采用导热性能好与热容量大的铸模材料，增大铸模的厚度及降低铸模温度等。

如果铸模的冷却能力很大，以致使整个铸件都在很大的过冷度下结晶，这时不但不能得到较大的柱状晶区，反而促使等轴晶的发展（形核率增大），如采用水冷结晶器进行连续铸锭时，就可以使铸锭全部获得细小的等轴晶粒。

铸件典型宏观凝固组织
铸造是一种传统的制造工艺，被广泛应用于许多领域，包括航空、汽车制造、机械制造等。

在铸造过程中，铸件的凝固组织是非常重要的，它会影响到铸件的力学性能和耐用性。

下面我们来一起探讨一下铸件的典型宏观凝固组织。

首先，铸件的典型宏观凝固组织包括两个主要部分：晶体区和凝固缩孔区。

晶体区是由多个晶粒组成的，晶粒的大小和形状对铸件的机械性能具有重要影响。

凝固缩孔区是铸件中的缩孔和气孔区域，它们通常会影响铸件的外观和表面质量。

在铸造过程中，凝固过程是铸件形成的关键步骤。

当铸件被注入熔融金属时，它会逐渐冷却并凝固。

在凝固过程中，熔融金属会凝固成固态晶体。

晶体的生长速度和形状取决于温度梯度和成分梯度。

通常情况下，晶体生长速度越快，晶粒就越小，晶体生长速度越慢，晶粒就越大。

此外，晶粒的形状也会受到铸型结构和流动条件的影响。

随着铸件的逐渐冷却，凝固缩孔区也会逐渐形成。

凝固缩孔区具有较高的孔隙率和局部亚晶粒，这会影响铸件的力学性能和表面质量。

为了降低凝固缩孔区的缺陷率，通常需要采取相应的铸造措施，例如增加铸造温度、改进铸型和流道设计等。

总之，铸件的典型宏观凝固组织是由晶体区和凝固缩孔区组成的。

晶体区由多个晶粒组成，晶粒大小和形状对铸件的机械性能具有重要影响。

凝固缩孔区具有较高的孔隙率和局部亚晶粒，会影响铸件
的力学性能和表面质量。

因此，在铸造过程中，需要采取相应的铸造措施来提高铸件的质量和性能。