金属学热处理
课程综合训练（）
训 练 题 目
学 生 姓 名
专 业 班 级
成绩评定：
1文字叙述（6分）
资料检索点充分分析透彻（4分） 分：
格式规范图表清晰（2分） 分：
2回答问题情况（4分）
1
2
3
4
5
正确 基正确 错误 总分：
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正确 基正确 错误 总分：
铸锭组织形成机理生产中应
摘 300字左右
关键词 铸锭组织 三晶区 柱状晶区 晶带
引 言
金属铸态组织包括：铸态组织包括晶粒形状取合金元素杂质分布铸锭中缺陷缩孔气孔等等应该解铸锭铸件组织形成规律设法改善铸锭铸件组织铸件说铸态组织直接影响机械性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性
铸锭熔化金属倒入永久重复铸模中制造出凝固锭（棒料板坯方坯根容器定）进步机械加工成种新形状
实际生产中液态金属铸锭模铸型中凝固前者铸锭者铸件然结晶程遵循着结晶普遍规律铸锭铸件冷条件复杂性铸件组织带特点铸件说铸态组织直接影响力学性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性应该应该解铸锭铸件组织形成规律设法改善铸锭铸件组织
1铸锭分类
11静态铸锭
静态铸锭仅单纯熔化金属倒入永久铸模中凝固铸锭铸模中抽出铸模次年种方法生产出数百万吨钢
12半连续铸锭
半连续铸锭工艺铝工业中制造数铸造合金合金加工出棒料薄板板条板材形状工艺中熔化铝传送水冷永久铸模中铸模长活塞装活动底座铸模表面进步凝固形成层坚硬皮活塞运动更金属连续填入容器中活塞运动全长程停止铝工业中常规方法利适润滑金属铸模然工艺改进已允许铝合金生产者种电磁场取代（少部分取代）金属铸模熔化金属仅仅短暂接触金属铸模传统方法相生产出光洁度更高产品
13 连续铸锭
连续铸锭钢铜工业提供铸材资源铝工业中增长迅速工艺中熔化金属送永久铸模中铸造开始时半连续铸造极相似然该程定时间停止凝固铸锭连续剪成切成定长度铸造程中运走该程连续凝固棒料板条铸造样迅速运走传统铸造工艺相方法许济优势现代钢厂生产连续铸造产品
2铸锭组织形成机理
金属铸态组织包括：铸态组织包括晶粒形状取合金元素杂质分布铸锭中缺陷缩孔气孔等等应该解铸锭铸件组织形成规律设法改善铸锭铸件组织铸件说铸态组织直接影响机械性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性
21铸锭三晶区形成
纯金属铸锭宏观组织通常三晶区组成外表层细品区中间柱状晶区心部等轴晶区
（1）表层细晶区
表层细晶区激冷层形成：
高温金属液体倒入铸型结晶首先型壁处开始温度较低模壁强烈吸热散热作型壁薄层液体产生极冷加模壁作非均匀形核基底薄层液体中立产生量晶核时方生长晶核数目邻晶粒快彼相遇继续生长样便模壁处形成细薄层等轴晶粒区
表层细晶区形核率厚度决定列素：
1 模壁形核力模壁处达冷度者赖铸型表面温度铸型热传导力浇注温度等素
2 果铸型表面温度低热传导力浇注温度较低话便获较冷度形核率增加细晶区厚度増
3 相反果浇注温度髙铸锭模散热力温度快升高活降低晶核数目细品区厚度减
（2）柱状晶区：
柱状晶区垂直模壁粗柱状晶构成表层细晶区形成时方面模壁温度液态金属加热迅速升高方面金属凝固收缩细晶区型壁脱离形成空气层液态金属继续散热造成困难外细品区形成释放出量结晶潜热型壁温度升离述种种原均液态金属冷减慢温度梯度变缓时开始形成柱状晶区
时开始形成柱状晶区：结晶前液体中适冷度冷度生成新晶核利细晶区液相某晶粒继续长离柱状品前稍远处液态金属尚处热中法行生核 结晶晶粒继续长进行
l 垂直型壁方散热快晶体相反方择优生长成柱状晶晶体长速度异性次轴方长速度散热条件影响次晶轴垂直型壁晶粒长速度快 迅速优先长入液体中优先成长晶粒排液体中生长侧面受彼限制侧生长散热方生长结果便形成柱状晶区
穿晶组织穿晶组织4形成条件：
1 果已结晶固相导热性
2 散热速度快
3 始终保定散热
4 柱状晶前液体中没新形成晶粒阻挡
5 柱状晶直长铸锭中心直柱状晶相遇止种铸锭组织称穿晶组织
柱状晶区组织性特点：
1 组织致密：柱状晶区中晶粒彼间界面较直气泡缩孔组织较致密
2 柱间晶界弱面：
（3）中心等轴晶区
中心等轴晶区形成：
l 存柱状晶发展散热铸锭中心部分液态金厲全部降熔点加液态金属中杂质等素作满足形核冷度求整剩余液体中时形核时散热已失方性晶核液体中生长方长速度差相等长成等轴晶长柱状品相遇全部液体凝固完毕形成明显中心等轴晶区
中心等轴晶区柱状晶区相
1 等轴晶区晶粒长时彼交叉枝杈间搭接牢固裂纹易扩展
2 存明显弱面
3 晶粒取相性没方性
4 等轴晶区优点
5 缺点等轴晶树枝状晶体较发达分枝较显微缩孔较组织够致密显微缩孔般均未氧化铸锭热压力加工般均焊合性影响
22三晶区形成原晶区性特点：
形成原：
1）表层细晶区：低温模壁强烈吸热散热模壁薄层液体产生极冷 形成原 形成原 模壁作非均匀形核基底薄层液体中立产生量晶核时方生长 晶核数目晶核快彼相遇继续生长模壁处形成薄层细等轴晶粒区
2）柱状晶区：模壁温度升高导致温度梯度变缓冷度生成新晶核利细晶区液 相某晶粒长远离界面液态金属热形核垂直模壁方散热快晶体择优生长
3）中心等轴晶区：柱状晶长定程度铸锭中部开始形核长中部液体温度致均匀晶粒成长方接致形成等轴晶
性特点：
1）表层细晶区：组织致密力学性
2）柱状晶区：组织较致密存弱面力学性 方性
3）中心等轴晶区：晶粒枝杈搭接牢固弱面力学性方性
3铸锭组织控制
31铸锭典型组织
铸锭宏观组织通常：（1）激冷区（2）柱状晶区（3）等轴晶区
铸锭典型组织
(1) 激冷区形成
金属熔体浇入铸模时模壁接触层金属熔体受强烈激冷产生较冷度时熔体流（浇铸时动量流温度引起热流流引起温度起伏均模壁形成晶粒脱落游离晶核具增殖效应
（2) 柱状晶区形成
散热方行晶粒优先长散热方行晶粒压抑优先生长晶粒单生长互相接触形成柱状晶区见柱状晶区单导热序凝固条件形成
柱状晶形成示意图
32 等轴晶区形成
（a）表面细等轴晶游离
晶核流示意图
（b）枝晶熔断游离
（c）液面凝壳晶体沉积
晶体沉积形成等轴晶示意图
33铸态组织性影响
晶粒细化晶界强化重机制显著提高铝材力学性塑性变形力
改善铝材质量重途径
（1）正常组织铸锭性影响
正常铸锭组织通常指铸锭宏观组织：
（a）激冷区（b）柱状晶区（c）等轴晶区
柱状晶铸锭性影响柱状晶粗特点方性柱状晶区边界存低熔点晶夹杂物气孔等缺陷柱状晶附区域机械性较低塑性成形力差续加工程中出现表面缺陷导致热裂产生
(2) 异常组织铸锭性影响
铸锭中述常见等铀晶柱状晶组织外时会出现异常晶粒组织铸锭性带良影响
异常组织包括：
（a）表层粗晶粒组织（结晶器金属熔体接触良）
（b）浮游晶粒组织（指正常柱状晶区等轴晶区粗晶粒组织优先形核长初晶低冷度条件初晶异常长形成）
（c）粗金属间化合物组织（形成原悬浮晶基相金属间化合物异常长结果形态呈块状片状针状均勺分布基体中般硬脆降低铸锭塑性加工时易变形加工制品分层开裂）
（d）羽毛状晶粒组织（铝合金连续铸锭中呈现羽毛状形态宏观成群分布微观许明暗相间相互行羽毛状晶组成羽毛状晶择优取孪晶组织具效强异性降低铸锭力学性加性
羽毛状晶组织
34材料条件晶区控制
1电磁搅拌电磁搅拌控制晶区影响通ALCu未电磁搅拌试样边缘处铜含量明显较中心处高 属逆偏析尺寸试样中 溶质元素偏析情况合金元素扩散补缩流动两程控制扩散溶质通量补缩液流溶质通量时 合金元素发生逆偏析 施加电磁搅拌 温度梯度变 两相区扩 补缩液流通量增 定凝固倾削弱 促进铸锭等轴晶方式进行凝固 逆偏析受抑制凝固程中施加电磁搅拌 明显细化晶粒 增加等轴晶区宽度凝固程中施加电磁搅拌 减轻铸锭中疏松凝固程中施加电磁搅拌 抑制铝合金铸锭中铜逆偏析
2氟渣重熔铸锭种凝固变量 铸锭表层中心变化幅度稍高氟渣重熔铸淀氟渣重熔渣池效电阻高 熔速快 熔池深度两相区厚度变化造成采充填配合氟渣电渣重熔 熔池达扁 二次晶轴间距更均匀 进步提高显微组织均匀性 氟渣电渣重熔细化晶粒
3NdFeB 合金铸造方法通NdFeB 合金铸锭微观组织观察通金相组织分析 认铸态组织相Nd2Fe14B晶间富钕相少量α Fe 组成Nd2Fe14B 相垂直铸锭底部生长成片状晶 片厚度约10m～30m 宽度约28m～54m 长度约0 04mm～1 08mmNd2Fe14B 采均匀退火方式消铸态组织中软磁性相α Fe 组织均匀化 通实验测定NdFeB 铸锭050℃24h 均匀化退火 X 射线某角度处衍射峰明显加强 衍射强度约190 峰宽减 峰顶尖锐 说明退火晶面异性更加明显退火 α Fe 基消 片状晶变等轴晶粗化
4结束语
铸锭铸件冷条件复杂性铸件组织带特点铸件说铸态组织直接影响力学性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性改善铸锭组织需提高液态金属中形核率限制柱状晶发展细化晶粒铸件性提高铸件实际生活中广泛应
参考文献
［1] 超声波振动处理时间铸锭组织影响李军文 铸造技术2004 25
［2]电磁搅拌铸锭凝固组织影响齐雅丽沈阳航空航天学学报2004年第2期
［3]氟渣电渣重熔铸锭凝固组织张家雯李正邦钢铁研究学报1990年02期
［4]NdFeB合金铸锭组织均匀化退火闫俊萍惠王玉峰稀土2004年 第1期
［5]尺寸高铌钛铝合金铸锭组织徐俊林均品王艳丽铸造 ISTIC PKU2006 55(3)
［6]铸造组织铝合金生产制品性影响 G Scharf周彤轻金属1983年04期
［7]金属铸锭宏观组织缺陷崔忠圻覃耀春金属学热处理机械工业出版社第二版20075
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训 练 题 目
学 生 姓 名
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1文字叙述（6分）
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铸锭组织形成机理生产中应
摘 300字左右
关键词 铸锭组织 三晶区 柱状晶区 晶带
引 言
金属铸态组织包括：铸态组织包括晶粒形状取合金元素杂质分布铸锭中缺陷缩孔气孔等等应该解铸锭铸件组织形成规律设法改善铸锭铸件组织铸件说铸态组织直接影响机械性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性
铸锭熔化金属倒入永久重复铸模中制造出凝固锭（棒料板坯方坯根容器定）进步机械加工成种新形状
实际生产中液态金属铸锭模铸型中凝固前者铸锭者铸件然结晶程遵循着结晶普遍规律铸锭铸件冷条件复杂性铸件组织带特点铸件说铸态组织直接影响力学性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性应该应该解铸锭铸件组织形成规律设法改善铸锭铸件组织
1铸锭分类
11静态铸锭
静态铸锭仅单纯熔化金属倒入永久铸模中凝固铸锭铸模中抽出铸模次年种方法生产出数百万吨钢
12半连续铸锭
半连续铸锭工艺铝工业中制造数铸造合金合金加工出棒料薄板板条板材形状工艺中熔化铝传送水冷永久铸模中铸模长活塞装活动底座铸模表面进步凝固形成层坚硬皮活塞运动更金属连续填入容器中活塞运动全长程停止铝工业中常规方法利适润滑金属铸模然工艺改进已允许铝合金生产者种电磁场取代（少部分取代）金属铸模熔化金属仅仅短暂接触金属铸模传统方法相生产出光洁度更高产品
13 连续铸锭
连续铸锭钢铜工业提供铸材资源铝工业中增长迅速工艺中熔化金属送永久铸模中铸造开始时半连续铸造极相似然该程定时间停止凝固铸锭连续剪成切成定长度铸造程中运走该程连续凝固棒料板条铸造样迅速运走传统铸造工艺相方法许济优势现代钢厂生产连续铸造产品
2铸锭组织形成机理
金属铸态组织包括：铸态组织包括晶粒形状取合金元素杂质分布铸锭中缺陷缩孔气孔等等应该解铸锭铸件组织形成规律设法改善铸锭铸件组织铸件说铸态组织直接影响机械性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性
21铸锭三晶区形成
纯金属铸锭宏观组织通常三晶区组成外表层细品区中间柱状晶区心部等轴晶区
（1）表层细晶区
表层细晶区激冷层形成：
高温金属液体倒入铸型结晶首先型壁处开始温度较低模壁强烈吸热散热作型壁薄层液体产生极冷加模壁作非均匀形核基底薄层液体中立产生量晶核时方生长晶核数目邻晶粒快彼相遇继续生长样便模壁处形成细薄层等轴晶粒区
表层细晶区形核率厚度决定列素：
1 模壁形核力模壁处达冷度者赖铸型表面温度铸型热传导力浇注温度等素
2 果铸型表面温度低热传导力浇注温度较低话便获较冷度形核率增加细晶区厚度増
3 相反果浇注温度髙铸锭模散热力温度快升高活降低晶核数目细品区厚度减
（2）柱状晶区：
柱状晶区垂直模壁粗柱状晶构成表层细晶区形成时方面模壁温度液态金属加热迅速升高方面金属凝固收缩细晶区型壁脱离形成空气层液态金属继续散热造成困难外细品区形成释放出量结晶潜热型壁温度升离述种种原均液态金属冷减慢温度梯度变缓时开始形成柱状晶区
时开始形成柱状晶区：结晶前液体中适冷度冷度生成新晶核利细晶区液相某晶粒继续长离柱状品前稍远处液态金属尚处热中法行生核 结晶晶粒继续长进行
l 垂直型壁方散热快晶体相反方择优生长成柱状晶晶体长速度异性次轴方长速度散热条件影响次晶轴垂直型壁晶粒长速度快 迅速优先长入液体中优先成长晶粒排液体中生长侧面受彼限制侧生长散热方生长结果便形成柱状晶区
穿晶组织穿晶组织4形成条件：
1 果已结晶固相导热性
2 散热速度快
3 始终保定散热
4 柱状晶前液体中没新形成晶粒阻挡
5 柱状晶直长铸锭中心直柱状晶相遇止种铸锭组织称穿晶组织
柱状晶区组织性特点：
1 组织致密：柱状晶区中晶粒彼间界面较直气泡缩孔组织较致密
2 柱间晶界弱面：
（3）中心等轴晶区
中心等轴晶区形成：
l 存柱状晶发展散热铸锭中心部分液态金厲全部降熔点加液态金属中杂质等素作满足形核冷度求整剩余液体中时形核时散热已失方性晶核液体中生长方长速度差相等长成等轴晶长柱状品相遇全部液体凝固完毕形成明显中心等轴晶区
中心等轴晶区柱状晶区相
1 等轴晶区晶粒长时彼交叉枝杈间搭接牢固裂纹易扩展
2 存明显弱面
3 晶粒取相性没方性
4 等轴晶区优点
5 缺点等轴晶树枝状晶体较发达分枝较显微缩孔较组织够致密显微缩孔般均未氧化铸锭热压力加工般均焊合性影响
22三晶区形成原晶区性特点：
形成原：
1）表层细晶区：低温模壁强烈吸热散热模壁薄层液体产生极冷 形成原 形成原 模壁作非均匀形核基底薄层液体中立产生量晶核时方生长 晶核数目晶核快彼相遇继续生长模壁处形成薄层细等轴晶粒区
2）柱状晶区：模壁温度升高导致温度梯度变缓冷度生成新晶核利细晶区液 相某晶粒长远离界面液态金属热形核垂直模壁方散热快晶体择优生长
3）中心等轴晶区：柱状晶长定程度铸锭中部开始形核长中部液体温度致均匀晶粒成长方接致形成等轴晶
性特点：
1）表层细晶区：组织致密力学性
2）柱状晶区：组织较致密存弱面力学性 方性
3）中心等轴晶区：晶粒枝杈搭接牢固弱面力学性方性
3铸锭组织控制
31铸锭典型组织
铸锭宏观组织通常：（1）激冷区（2）柱状晶区（3）等轴晶区
铸锭典型组织
(1) 激冷区形成
金属熔体浇入铸模时模壁接触层金属熔体受强烈激冷产生较冷度时熔体流（浇铸时动量流温度引起热流流引起温度起伏均模壁形成晶粒脱落游离晶核具增殖效应
（2) 柱状晶区形成
散热方行晶粒优先长散热方行晶粒压抑优先生长晶粒单生长互相接触形成柱状晶区见柱状晶区单导热序凝固条件形成
柱状晶形成示意图
32 等轴晶区形成
（a）表面细等轴晶游离
晶核流示意图
（b）枝晶熔断游离
（c）液面凝壳晶体沉积
晶体沉积形成等轴晶示意图
33铸态组织性影响
晶粒细化晶界强化重机制显著提高铝材力学性塑性变形力
改善铝材质量重途径
（1）正常组织铸锭性影响
正常铸锭组织通常指铸锭宏观组织：
（a）激冷区（b）柱状晶区（c）等轴晶区
柱状晶铸锭性影响柱状晶粗特点方性柱状晶区边界存低熔点晶夹杂物气孔等缺陷柱状晶附区域机械性较低塑性成形力差续加工程中出现表面缺陷导致热裂产生
(2) 异常组织铸锭性影响
铸锭中述常见等铀晶柱状晶组织外时会出现异常晶粒组织铸锭性带良影响
异常组织包括：
（a）表层粗晶粒组织（结晶器金属熔体接触良）
（b）浮游晶粒组织（指正常柱状晶区等轴晶区粗晶粒组织优先形核长初晶低冷度条件初晶异常长形成）
（c）粗金属间化合物组织（形成原悬浮晶基相金属间化合物异常长结果形态呈块状片状针状均勺分布基体中般硬脆降低铸锭塑性加工时易变形加工制品分层开裂）
（d）羽毛状晶粒组织（铝合金连续铸锭中呈现羽毛状形态宏观成群分布微观许明暗相间相互行羽毛状晶组成羽毛状晶择优取孪晶组织具效强异性降低铸锭力学性加性
羽毛状晶组织
34材料条件晶区控制
1电磁搅拌电磁搅拌控制晶区影响通ALCu未电磁搅拌试样边缘处铜含量明显较中心处高 属逆偏析尺寸试样中 溶质元素偏析情况合金元素扩散补缩流动两程控制扩散溶质通量补缩液流溶质通量时 合金元素发生逆偏析 施加电磁搅拌 温度梯度变 两相区扩 补缩液流通量增 定凝固倾削弱 促进铸锭等轴晶方式进行凝固 逆偏析受抑制凝固程中施加电磁搅拌 明显细化晶粒 增加等轴晶区宽度凝固程中施加电磁搅拌 减轻铸锭中疏松凝固程中施加电磁搅拌 抑制铝合金铸锭中铜逆偏析
2氟渣重熔铸锭种凝固变量 铸锭表层中心变化幅度稍高氟渣重熔铸淀氟渣重熔渣池效电阻高 熔速快 熔池深度两相区厚度变化造成采充填配合氟渣电渣重熔 熔池达扁 二次晶轴间距更均匀 进步提高显微组织均匀性 氟渣电渣重熔细化晶粒
3NdFeB 合金铸造方法通NdFeB 合金铸锭微观组织观察通金相组织分析 认铸态组织相Nd2Fe14B晶间富钕相少量α Fe 组成Nd2Fe14B 相垂直铸锭底部生长成片状晶 片厚度约10m～30m 宽度约28m～54m 长度约0 04mm～1 08mmNd2Fe14B 采均匀退火方式消铸态组织中软磁性相α Fe 组织均匀化 通实验测定NdFeB 铸锭050℃24h 均匀化退火 X 射线某角度处衍射峰明显加强 衍射强度约190 峰宽减 峰顶尖锐 说明退火晶面异性更加明显退火 α Fe 基消 片状晶变等轴晶粗化
4结束语
铸锭铸件冷条件复杂性铸件组织带特点铸件说铸态组织直接影响力学性寿命铸锭说铸态组织影响压力加工性影响压力加工金属制品组织性改善铸锭组织需提高液态金属中形核率限制柱状晶发展细化晶粒铸件性提高铸件实际生活中广泛应
参考文献
［1] 超声波振动处理时间铸锭组织影响李军文 铸造技术2004 25
［2]电磁搅拌铸锭凝固组织影响齐雅丽沈阳航空航天学学报2004年第2期
［3]氟渣电渣重熔铸锭凝固组织张家雯李正邦钢铁研究学报1990年02期
［4]NdFeB合金铸锭组织均匀化退火闫俊萍惠王玉峰稀土2004年 第1期
［5]尺寸高铌钛铝合金铸锭组织徐俊林均品王艳丽铸造 ISTIC PKU2006 55(3)
［6]铸造组织铝合金生产制品性影响 G Scharf周彤轻金属1983年04期
［7]金属铸锭宏观组织缺陷崔忠圻覃耀春金属学热处理机械工业出版社第二版20075
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