鋁合金熔煉及鑄軋基礎(chǔ)知識課件

1、鋁合金的熔煉及鑄軋鋁合金的熔煉及鑄軋 一、超級鋁 二、金屬的凝固 三、鋁合金熔煉 四、鋁合金鑄軋 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 一、超級鋁一、超級鋁 1.1 超級鋁 在現(xiàn)有金屬裝備基礎(chǔ)上將金屬合 金性能提高50%-80%。 1.2 實(shí)現(xiàn)的途徑 （1）熔煉 （2）鑄造 （3）變形 （4）熱處理 1.3 1.3 合金特征合金特征 （1）超凈 a 無夾渣（5m）；b 氫含量少 （2）超細(xì) a 晶粒細(xì)；b 第二相細(xì) （3）超勻 a 成分均勻；b 組織均勻 二、金屬的凝固二、金屬的凝固 2.1 金屬凝固的分類 1.重力條件下的凝固 平衡凝固冷卻速度很慢的凝固。固-液界面完全 平衡，即界面處的固相、液相成分由 合金狀

2、態(tài)圖確定。 準(zhǔn)平衡凝固冷卻速度較快，但固-液界面局部平 衡，界面的溶質(zhì)分布仍遵循合金狀態(tài) 圖的規(guī)律。 非平衡凝固冷卻速度很大（106/s）,界面不平衡， 界面的溶質(zhì)分布規(guī)律不遵循狀態(tài)圖。其理論 尚未完全建立。 2.2 微重力凝固 即失重狀態(tài)下的凝固，重力加速度g9.8m/s2（如 太空中的凝固）。獲得微重力環(huán)境的主要方法有：落塔、 落管；飛機(jī)、火箭的下降；太空軌道飛行。 2.3超重力凝固 重力加速度g9.8m/s2環(huán)境下凝固。此條件下加速了 質(zhì)量、動量及能量的傳遞。實(shí)現(xiàn)超重力的手段有：離心 機(jī)；飛機(jī)、火箭的加速上升等。 2.4 金屬凝固理論的應(yīng)用 金屬制品（粉末冶金和電鑄法除外） 金屬制品內(nèi)在

3、/外在質(zhì)量 凝固過程 金屬凝固過程基本理論 金屬凝固過程基本規(guī)律 經(jīng)過 影響 研究 掌握 控制 2.5 形核 1.液-固相變驅(qū)動力 圖3.2 液-固體積自由能的變化 m m V T TH G (式中：Hm固-液 焓變,結(jié)晶潛熱L = Hm ） Tm及Hm對一特定金屬或合金為定值，所以過冷度 T是影響相變驅(qū)動力的決定因素。過冷度T 越 大，凝固相變驅(qū)動力GV 越大。 均質(zhì)形核均質(zhì)形核 ：形核前液相金屬或合金中無外來固相質(zhì)點(diǎn) 而從液相自身發(fā)生形核的過程，所以也稱“自發(fā)形核” （實(shí)際生產(chǎn)中均質(zhì)形核是不太可能的，即使是在區(qū)域精煉的條 件下，每1cm3的液相中也有約106個邊長為103個原子的立方體 的

4、微小雜質(zhì)顆粒）。 異質(zhì)形核異質(zhì)形核：依靠外來質(zhì)點(diǎn)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行 生核過程，亦稱“非均質(zhì)形核”或“非自發(fā)形核”。 2.形核類型 SLV AGVG SLV rGrG 23 4 3 4 圖3.4 液相中形成球形晶胚時(shí)自由能變化 2-1均質(zhì)形核 令： 得臨界晶核半徑臨界晶核半徑 r*： 形核功： r* 與T 成反比，即過冷度過冷度T 越大，越大，r* 越??；越??； G*與T2成反比，過冷度過冷度T 越大，越大，G* 越小。越小。 0|d/d * rr rG V SL G r 2 T Tm SL m L 2 2 m 3 L3 16 T T G m SL 臨界晶核的表面能為：臨界晶核的表面能為：

5、 即：即：臨界形核功臨界形核功G*的大小為臨界晶核表面能的大小為臨界晶核表面能 的三分之一，的三分之一， 它是均質(zhì)形核所必須克服的能量障 礙。形核功其中一部分由熔體中的“能量起伏” 提供，但不能保證形核。因此，必須在過冷條件過冷條件 下克服這部分能量，才能克服能量障礙。因此，下克服這部分能量，才能克服能量障礙。因此， 均質(zhì)形核的過程在過冷條件下借助均質(zhì)形核的過程在過冷條件下借助 “能量起伏能量起伏” 形成新相晶核的過程。形成新相晶核的過程。 2 3 3 16 TH TV G m mS SL SL AG 3 1 2 32 16)(4 TH TV rA m mS SLSLSL 形核功為：形核功為：

6、 所以：所以： 0 2-2 2-2 異質(zhì)形核異質(zhì)形核 合金液體中存在的大量高熔點(diǎn)微小固相雜質(zhì)，可作為非均 質(zhì)形核的基底。晶核依附于夾雜物的界面上形成。這不需要形 成類似于球體的晶核，只需在界面上形成一定體積的球冠便可 成核。非均質(zhì)形核過冷度T*比均質(zhì)形核臨界過冷度T*小 得多時(shí)就大量成核。 如果液相中存在固相質(zhì)點(diǎn)，且液相又能潤濕質(zhì) 表面，則液體能在固相質(zhì)點(diǎn)表面形成新相晶核。 設(shè)生核襯底的質(zhì)點(diǎn)表 面為一平面，在其上生 成一球冠的新相（見右 圖）。則系統(tǒng)自由能的 變化為： )coscos32()coscos32( 3 )( 323 3 SL rGv r AGvVG 得到類似于均質(zhì)形核的系統(tǒng)自由能變

7、化曲線（見下 圖），曲線有一最大值，該值對應(yīng)的半徑用 表示，稱 為異質(zhì)形核的臨界晶核半徑。 * r 均質(zhì)和異質(zhì)形核功圖 0| d d rr r G T T r m m L 2 Sl 異質(zhì)形核的臨界晶核半徑在形式上與均質(zhì)形核臨界晶核半徑完 全相同，它們的區(qū)別在于： 均質(zhì)形核臨界晶核是球體，而異質(zhì)形核的晶核為球體的一 部分（球冠），因而異質(zhì)晶核中所含原子數(shù)目少，這樣的晶坯 易形成。 潤濕角 與均質(zhì)形核無關(guān)，而影響異質(zhì)晶核的體積。雜質(zhì) 質(zhì)點(diǎn)（c）被新相（s）潤濕能力越好，則 越小，固相的曲 率半徑即球徑越大，換句話說換句話說，同一半徑的臨界晶核（球冠） 的體積越小，所含原子數(shù)越少，因而在更小的過冷度

8、下就能形 核。 令 ，得異質(zhì)形核的臨界晶核半徑： 4 )cos1)(cos2( )( )( 2 * f GfG 180 90 0 1)(f 2 1 )(f 0)(f * GG * 2 1 GG 0 * G 當(dāng)當(dāng) 部分潤濕部分潤濕 ，則，則 當(dāng)當(dāng) 完全潤濕完全潤濕 ，則，則 一般情況下，質(zhì)點(diǎn)（一般情況下，質(zhì)點(diǎn)（c）與新相（）與新相（s）或多或少潤濕，即）或多或少潤濕，即 1800 ，這時(shí)總存在：，這時(shí)總存在： * GG 同理可推導(dǎo)得異質(zhì)形核的形核功：同理可推導(dǎo)得異質(zhì)形核的形核功： 當(dāng)當(dāng) 完全不潤濕完全不潤濕 ，則，則 異質(zhì)形核與均質(zhì)形核相比，其特點(diǎn)是：異質(zhì)形核與均質(zhì)形核相比，其特點(diǎn)是： 形核過冷度??；形核過冷