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液相流動對宏觀組織的影響
熔體流動對宏觀凝固組織的影響是凝固研究中的一個重要課
題。液相流動在宏觀組織形成中的作用主要包括三個方面:改變
柱狀晶生長方向、促進(jìn)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變(CET)以及細(xì)化宏觀
晶粒組織。
細(xì)化宏觀晶粒組織
無論凝固組織是柱狀晶還是等軸晶,熔體流動的均可使之得
到一定程度的細(xì)化。許多研究結(jié)果顯示,隨著熔體流動速
度的提高,其柱狀晶粒在長度和寬度上均減小。如果熔
體對流較強(qiáng)烈,并開始形成等軸晶組織時,等軸晶粒也隨流動或攪
拌的增強(qiáng)而細(xì)化。
宏觀組織細(xì)化的根本原因在于熔體流動顯著地增加了形核率,
不論生長方式如何,晶核數(shù)量的增加必然帶來晶粒尺寸的細(xì)
化。按照上述枝晶斷裂或重熔機(jī)制,晶體增殖的效果還與合金化
程度以及過冷度有關(guān),合金中溶質(zhì)濃度越高,或者過冷度越大,凝
固組織也就越細(xì)小。
宏觀成分偏析是大型鑄件極為突出的問題,它有不同的表現(xiàn)
形式,如中心偏析、錐形負(fù)偏析、反偏析以及帶狀偏析等。在凝固
過程中,無論自然對流還是強(qiáng)制對流,與成分偏析的關(guān)系是十分復(fù)
雜的,影響成分偏析的因素也比較多,所以對流對宏觀成分偏析的
影響尚無明確定論。概括起來,對流主要通過下列途徑來影響成
分偏析:
(1)影響溶質(zhì)邊界層厚度及邊界層內(nèi)溶質(zhì)分布;
(2)改變凝固系統(tǒng)的傳熱速率,從而引起固一液界面推移速
率發(fā)生變化;
(3)液相流動增加了凝固界面的擾動,從而改變晶體生長方
式;
(4)促使固相從凝固界面分離并產(chǎn)生浮沉效應(yīng);
(5)枝晶間液相的流動促進(jìn)富含溶質(zhì)液相通過“糊狀區(qū)”。
一般認(rèn)為,宏觀偏析大都是由不同成分液相在枝晶間流動造
成的,這種對流作用可以將枝晶間含有高濃度溶質(zhì)原子的液相帶
走,使后凝固的部分溶質(zhì)含量提高;
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