第三講連鑄坯宏觀組織及控制

1、關(guān)于連鑄：1, Ladle2, Tundish3, Mold4, Plasma Torch5, Stopper6, Straight Part minimum 2 Meters第三講 連鑄坯宏觀組織及控制第一節(jié) 鑄坯（錠）的宏觀組織第二節(jié) 表面激冷區(qū)及柱狀晶區(qū)的形成第三節(jié) 內(nèi)部等軸晶的形成機理第四節(jié) 鑄坯宏觀結(jié)晶組織的控制第五節(jié) 焊接熔池凝固及控制第一節(jié)第一節(jié) 鑄坯鑄坯( (錠錠) )的宏觀組織的宏觀組織1-1-激冷晶區(qū)的細(xì)激冷晶區(qū)的細(xì)小等軸晶小等軸晶; ;2-2-晶粒垂直于型晶粒垂直于型壁排列的柱狀晶壁排列的柱狀晶區(qū)，且平行于熱區(qū)，且平行于熱流方向流方向. .3-3-晶粒較為粗大晶粒較為粗大

2、的內(nèi)部等軸晶區(qū)的內(nèi)部等軸晶區(qū)幾種不同類型的鑄件宏觀組織示意圖幾種不同類型的鑄件宏觀組織示意圖（a）只有柱狀晶）只有柱狀晶;（b）表面細(xì)等軸晶加柱狀晶）表面細(xì)等軸晶加柱狀晶;（c）三個晶區(qū)都有）三個晶區(qū)都有;（d）只有等軸晶）只有等軸晶 一般情況下，連鑄坯從邊緣到中心也是由激冷層、柱狀晶帶和錠心帶組成，與鋼錠無本質(zhì)區(qū)別。 只是由于冷卻強度大，連鑄坯的激冷層往往要厚些，柱狀晶較發(fā)達(dá)但不如鋼錠那么粗大，錠心帶也是粗大等軸晶組成。 連鑄坯整個結(jié)構(gòu)比鋼錠致密，晶粒也要細(xì)一些，且液相穴很長的鑄坯凝固，鋼水補縮困難，易產(chǎn)生中心疏松。 鑄坯與鋼錠組織區(qū)別：激冷層：鑄坯表皮由細(xì)小等軸晶組成，叫激冷層，是在結(jié)晶器

3、彎月面處冷卻速度最高的條件下形成的。寬度一般為25mm，主要決定于鋼水過熱度，澆注溫度越高，激冷層就越?。粶囟仍降?，激冷層就厚一些。柱狀晶區(qū)：鑄坯激冷層形成過程中的收縮，使結(jié)晶器彎月面以下約100150mm的器壁處產(chǎn)生了氣隙，降低了傳熱速度。同時，鋼液內(nèi)部向外散熱使激冷層溫度升高，不再產(chǎn)生新的晶核。在鋼液定向傳熱得到發(fā)展的條件下，柱狀晶帶開始形成?？拷だ鋵拥闹鶢罹Ш芗?xì)，基本上不分叉。從縱斷面看，柱狀晶并不完全垂直于表面而是向上傾斜一定角度（約10），從外緣向中心，柱狀晶個數(shù)由多變少呈竹林狀。柱狀晶的發(fā)展是不規(guī)則的，在某些部位可能會貫穿鑄坯中心形成穿晶結(jié)構(gòu)。對于弧形連鑄機，鑄坯低倍結(jié)構(gòu)具有不對

4、稱性。由于重力作用，晶體下沉，抑制了外弧柱狀晶生長，故內(nèi)弧側(cè)柱狀晶比外弧側(cè)要長些，且鑄坯內(nèi)裂紋也常常集中在內(nèi)弧側(cè)。中心等軸晶區(qū)：隨著凝固前沿的推移，凝固層和凝固前沿的溫度梯度逐漸減小，兩相區(qū)寬度不斷擴大，鑄坯心部鋼水溫度降至液相線溫度后，大量等軸晶產(chǎn)生并迅速長大，形成無規(guī)則排列的等軸晶帶。中心區(qū)有可見的不致密的疏松和縮孔并伴隨有元素的偏析（如S、P、C、Mn）。與鋼錠比較，由于連鑄坯柱狀晶的發(fā)展，中心等軸晶區(qū)要窄得多，晶粒也細(xì)一些。三個晶區(qū)的特征 柱狀晶的特點是各向異性，對于諸如磁性材料、發(fā)動機和螺旋漿葉柱狀晶的特點是各向異性，對于諸如磁性材料、發(fā)動機和螺旋漿葉片等這些強調(diào)單方向性能的情況，采

5、用定向凝固獲得全部柱狀晶的零件片等這些強調(diào)單方向性能的情況，采用定向凝固獲得全部柱狀晶的零件反而更具優(yōu)點。反而更具優(yōu)點。 如何在技術(shù)上有效地控制鑄件的宏觀組織十分重要。因此有必要了如何在技術(shù)上有效地控制鑄件的宏觀組織十分重要。因此有必要了解各晶區(qū)組織的形成機理。解各晶區(qū)組織的形成機理。第二節(jié) 表面激冷區(qū)及柱狀晶區(qū)的形成一、一、 表面激冷區(qū)的形成表面激冷區(qū)的形成二、二、 柱狀晶區(qū)的形成柱狀晶區(qū)的形成一、表面激冷區(qū)的形成一、表面激冷區(qū)的形成 一旦型壁附近的晶?；ハ噙B結(jié)一旦型壁附近的晶?；ハ噙B結(jié)而構(gòu)成穩(wěn)定的凝固殼層，凝固將轉(zhuǎn)而構(gòu)成穩(wěn)定的凝固殼層，凝固將轉(zhuǎn)為柱狀晶區(qū)由外向內(nèi)的生長，表面為柱狀晶區(qū)由外向

6、內(nèi)的生長，表面激冷細(xì)晶粒區(qū)將不再發(fā)展。因此穩(wěn)激冷細(xì)晶粒區(qū)將不再發(fā)展。因此穩(wěn)定的凝固殼層形成得越早，表面細(xì)定的凝固殼層形成得越早，表面細(xì)晶粒區(qū)向柱狀晶區(qū)轉(zhuǎn)變得也就越快，晶粒區(qū)向柱狀晶區(qū)轉(zhuǎn)變得也就越快，表面激冷區(qū)也就越窄。表面激冷區(qū)也就越窄。 當(dāng)表層細(xì)晶區(qū)形成后，模壁的溫度也隨之升高，細(xì)晶區(qū)前面的液體散熱能力下降，過冷度也下降。但是在各方向上散熱能力的下降是不同的。垂直于模壁的方向顯出散熱優(yōu)勢，有利于晶粒逆著傳熱方向不斷地向液相區(qū)生長。 而在平行模壁方向散熱能力較差，并且晶粒徑向僅能長大較短距離相鄰晶粒就互相接觸，停止生長。因此在細(xì)晶區(qū)形成后，接著形成了一個柱狀晶區(qū)。 柱狀晶區(qū)金屬較致密，沿柱狀晶

7、軸向強度很高，但近于平行的柱狀晶晶粒之間的徑向結(jié)合強度卻較低。柱狀晶區(qū)有明顯的各向異性。當(dāng)對鑄錠進(jìn)行塑性變形時柱狀晶區(qū)易出現(xiàn)晶間開裂。 另外，當(dāng)不同方位上的柱狀晶區(qū)相遇時，會產(chǎn)生一個柱狀晶區(qū)的交界。此處的雜質(zhì)、氣泡、縮松等較多，成為鑄錠的脆弱結(jié)合面。當(dāng)鑄錠接受塑性變形時此處也易開裂。因此，除塑性極好的一些有色金屬的鑄錠外，并不希望獲得柱狀晶區(qū)。 在鑄造工藝上，常采用振動方法來破壞柱狀晶區(qū)的形成和長大，也常采用變質(zhì)處理來阻礙柱狀晶長大，并促進(jìn)中心等軸晶區(qū)的擴大來減少柱狀晶區(qū)。另外，避免金屬液過熱澆注也會防止柱狀晶區(qū)過大。 當(dāng)柱狀晶向液相中生長到一定深度后，垂直于模壁方向的散熱優(yōu)熱將不再明顯。 尤

8、其是當(dāng)已凝固區(qū)隨溫度下降而使體積收縮與模壁之間出現(xiàn)間隙時傳熱速度降低，剩余液相金屬的冷卻速度也會進(jìn)一步降低，溫度梯度減小，趨于均勻冷卻，柱狀晶的生長將會變慢。此時剩余液體中也會有一些新晶粒的形成并長大。因無散熱優(yōu)勢方向，新晶粒將會長成等軸晶粒。又因剩余液體散熱慢，過冷度較小，產(chǎn)生的自發(fā)晶核數(shù)量有限，故晶粒長得較大(但若有非自發(fā)晶核存在，晶粒不會長得很大)。從而在相鄰柱狀晶區(qū)的鑄錠心部地區(qū)形成一個晶粒較粗的等軸晶區(qū)。 由于此區(qū)是最后凝固的，因此，一些低熔點的雜質(zhì)或合金元素可能偏多些，以及液體補充不足而出現(xiàn)中心偏析及疏松。二、柱狀晶區(qū)的形成 穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成，柱穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成，柱狀晶

9、就直接由表面細(xì)等軸晶凝固層狀晶就直接由表面細(xì)等軸晶凝固層某些晶粒為基底向內(nèi)生長，發(fā)展成某些晶粒為基底向內(nèi)生長，發(fā)展成由外向內(nèi)生長的柱狀晶區(qū)。枝晶主由外向內(nèi)生長的柱狀晶區(qū)。枝晶主干取向與熱流方向平行的枝晶生長干取向與熱流方向平行的枝晶生長迅速迅速 。 柱狀晶區(qū)開始于穩(wěn)定凝固殼層柱狀晶區(qū)開始于穩(wěn)定凝固殼層的產(chǎn)生，而結(jié)束于內(nèi)部等軸晶區(qū)的的產(chǎn)生，而結(jié)束于內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成。因此柱狀晶區(qū)的存在與否及形成。因此柱狀晶區(qū)的存在與否及寬窄程度取決于上述寬窄程度取決于上述兩個因素兩個因素綜合綜合作用的結(jié)果。如果在凝固初期就使作用的結(jié)果。如果在凝固初期就使得內(nèi)部產(chǎn)生等軸晶的晶核，將會有得內(nèi)部產(chǎn)生等軸晶的晶核，將會

10、有效地抑制柱狀晶的形成。效地抑制柱狀晶的形成。柱狀晶生長過程的動態(tài)演示柱狀晶生長過程的動態(tài)演示鑄鑄型型液液態(tài)態(tài)金金屬屬柱狀晶生長過程的動態(tài)演示柱狀晶結(jié)構(gòu)有以下弱點： 柱狀晶的枝干較純，而枝晶偏析較嚴(yán)重，熱變形后由于枝晶偏析區(qū)被延伸，組織具有帶狀特性。這樣使鋼的力學(xué)性能具有明顯的方向性，特別是使鋼的橫向性能和韌性降低； 在柱狀晶交界面，由于雜質(zhì)（硫、磷夾雜物）的沉積，構(gòu)成了薄弱面，是裂紋容易擴展的地方，加工時易脆裂； 柱狀晶充分發(fā)展時，鑄坯可形成穿晶結(jié)構(gòu)，會造成中心疏松和縮孔，降低了致密度，增加了中心偏析。 因此，抑制柱狀晶生長而擴大等軸晶區(qū)，是改善鑄坯質(zhì)量的一個重要任務(wù)。 連鑄坯中柱狀晶區(qū)和等

11、軸晶區(qū)的相對大小主要決定于澆注溫度。澆注溫度高，柱狀晶區(qū)就寬。低碳鋼過熱度大于20，柱狀晶寬度就急劇增加，因此，接近鋼種的液相線溫度澆注是擴大等軸晶區(qū)的有效手段。但是，鋼水過熱度控制得很低（如小于10），在操作上有一定難度，易使水口凍結(jié)，且使鑄坯夾雜物增加。因此，保持鋼水在一定過熱度下澆注（如30）。 為擴大等軸晶區(qū)需采取以下措施：結(jié)晶器加入微型冷卻劑：在結(jié)晶器內(nèi)加入鋼帶或微型鋼塊，以消除鋼水過熱度，使其迅速地在液相線溫度凝固；噴吹金屬粉末：在結(jié)晶器內(nèi)噴入不同尺寸的金屬粉，以吸收過熱和提供結(jié)晶核心，擴大等軸晶區(qū)；控制二冷區(qū)冷卻水量：二冷水量大，鑄坯表面溫度低，鑄坯內(nèi)外溫度梯度大，有利于柱狀晶生

12、長，柱狀晶區(qū)就寬；加入形核劑。在結(jié)晶器內(nèi)加入形核劑，以增加結(jié)晶核心數(shù)量，擴大等軸晶區(qū)； 對形核劑要求： 在鋼液溫度下為固體； 在鋼液溫度下不分解為元素而進(jìn)入鋼中； 不上浮而存在于凝固前沿； 形核劑盡可能與鋼水潤濕，晶格彼此接近，使形核劑與鋼液間有黏附作用。常用的形核劑物質(zhì)有Al2O3、ZrO2、TiO2、V2O5、AlN、VN、ZrN等。采用電磁攪拌：上述四種措施在實際應(yīng)用中要么還不成熟，如材料制備、工藝參數(shù)選擇、對結(jié)晶器液面干擾等問題還需探討，要么效果有限，而電磁攪拌是最具實際應(yīng)用價值的方法。 電磁攪拌的作用是在電磁力作用下使鋼水產(chǎn)生強制對流循環(huán)流動，使凝固前沿的樹枝晶熔斷或折斷，而枝晶碎片

13、作為等軸晶核心長大而擴大等軸晶區(qū)，同時消除了樹枝晶搭橋，改善鑄坯中心疏松和縮孔，減輕了中心偏析。電磁攪拌還可消除皮下氣孔和皮下夾雜，改善表面質(zhì)量，提高鋼的純凈度，減小凝固前沿鋼液溫度梯度，即允許鋼液有更高的過熱度，促進(jìn)坯殼厚度的均勻性，這將有利于防止鑄坯產(chǎn)生裂紋和發(fā)生漏鋼事故，可提高拉速。 電磁攪拌器可以安裝在結(jié)晶器（M-EMS）、二冷區(qū)（S-EMS）和凝固末端（F-EMS）。 M-EMS除了改善鑄坯中心疏松、中心偏析外幾乎包括了電磁攪拌的所有功能，作用最明顯，效果最好； S-EMS的作用是在接近凝固終點再次攪拌由等軸晶和鋼液組成的兩相區(qū)，可以進(jìn)一步減輕包括高碳鋼在內(nèi)的鑄坯中心偏析?？梢圆捎脝?/p>

14、獨攪拌，也可以是聯(lián)合攪拌。第三節(jié) 內(nèi)部等軸晶的形成機理一、一、“成分過冷成分過冷”理論理論二、激冷等軸晶型壁脫落與游離理論二、激冷等軸晶型壁脫落與游離理論三、枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論三、枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論四、單個等軸晶形成過程的動態(tài)演示四、單個等軸晶形成過程的動態(tài)演示 一、“成分過冷”理論 該理論認(rèn)為，隨著凝固層向內(nèi)推移，固相該理論認(rèn)為，隨著凝固層向內(nèi)推移，固相散熱能力逐漸削弱，內(nèi)部溫度梯度趨于平緩，散熱能力逐漸削弱，內(nèi)部溫度梯度趨于平緩，且液相中的溶質(zhì)原子越來越富集，從而使界面且液相中的溶質(zhì)原子越來越富集，從而使界面前方成分過冷逐漸增大。當(dāng)成分過冷大到足以前方成分過冷逐漸增大。當(dāng)成分過冷大到足

15、以發(fā)生非均質(zhì)生核時，便導(dǎo)致內(nèi)部等軸晶的形成。發(fā)生非均質(zhì)生核時，便導(dǎo)致內(nèi)部等軸晶的形成。 成分過冷1111二、激冷等軸晶型壁脫落與游離理論 在澆注的過程中及凝固的初期激冷,等軸晶自型壁脫落與游離促使等軸晶形成, 澆注溫度低可以使柱狀晶區(qū)變窄而擴大等軸晶區(qū) 。為什么純金屬幾乎得不到等軸晶而溶為什么純金屬幾乎得不到等軸晶而溶質(zhì)濃度大的合金容易得到等軸晶呢質(zhì)濃度大的合金容易得到等軸晶呢? 圖5-5 型壁處形成的激冷晶向鑄件內(nèi)部的游離a) 晶體密度比熔體小的情況; b) 晶體密度比熔體大的情況 溶質(zhì)的偏析溶質(zhì)的偏析容易使晶體在與型壁的交會處產(chǎn)生產(chǎn)生“脖頸脖頸”，具有“脖頸”的晶體不易于沿型壁方向與其相鄰

16、晶體連接形成凝固殼凝固殼, 另一方面，在澆注過程和凝固初期存在的對流容易沖斷沖斷“脖頸脖頸”，使晶體脫落并游離出去。 圖5-6 晶體與型壁交會處產(chǎn)生“脖頸”促使晶體發(fā)生脫落而游離 圖5-7 游離晶體的生長、局部熔化與增殖三、三、 枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論 生長著的柱狀枝晶柱狀枝晶在凝固界面前方的熔斷熔斷、游游離離和增殖增殖導(dǎo)致了內(nèi)部等軸晶內(nèi)部等軸晶晶核的形成，稱為“枝枝晶熔斷晶熔斷”理論。 液面冷卻產(chǎn)生的晶粒下雨似地沉積液面冷卻產(chǎn)生的晶粒下雨似地沉積到柱狀晶區(qū)前方的液體中，下落過程中也發(fā)生熔斷熔斷和增殖增殖，是鑄錠凝固時內(nèi)部等軸晶晶核的主要來源，稱為“結(jié)結(jié)晶雨晶雨”理論。 目前

17、比較統(tǒng)一的看法是內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成很可能是多種途徑起作用。 在一種情況下，可能是這種機理起主導(dǎo)作用，在另一種情況下，可能是另一種機理在起作用，或者是幾種機理的綜合作用，而各自作用的大小當(dāng)由具體的凝固條件所決定。第三節(jié)第三節(jié) 鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制 思路思路: 晶區(qū)的形成和轉(zhuǎn)變乃是過冷熔體獨立生核的晶區(qū)的形成和轉(zhuǎn)變乃是過冷熔體獨立生核的能力和各種形式晶粒游離、增殖或重熔的程度這兩個基能力和各種形式晶粒游離、增殖或重熔的程度這兩個基本條件綜合作用的結(jié)果，鑄件中各晶區(qū)的相對大小和晶本條件綜合作用的結(jié)果，鑄件中各晶區(qū)的相對大小和晶粒的粗細(xì)就是由這個結(jié)果所決定的。粒的粗細(xì)就是由這個

18、結(jié)果所決定的。凡能強化熔體獨立凡能強化熔體獨立生核，促進(jìn)晶粒游離，以及有助于游離晶的殘存與增殖生核，促進(jìn)晶粒游離，以及有助于游離晶的殘存與增殖的各種因素都將抑制柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，從而擴大的各種因素都將抑制柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，從而擴大等軸晶區(qū)的范圍，并細(xì)化等軸晶組織。等軸晶區(qū)的范圍，并細(xì)化等軸晶組織。 第三節(jié)第三節(jié) 鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制 以高碳鋼為例：因為高碳鋼固液兩相區(qū)溫度達(dá)到131，故中等過熱度的鋼液也有其柱狀晶強烈增大趨勢，在凝固后期由于連鑄坯斷面中心柱狀樹枝晶的搭橋而形成小鋼錠的凝固結(jié)晶現(xiàn)象，鑄坯產(chǎn)生中心偏析。過熱度越低，中心偏析的評級越低。 兩個需要注意的

19、概念： (1)由成分決定的固液相線寬度越大，柱狀晶越發(fā)達(dá)； (2)由溫度梯度決定的兩相區(qū)越寬，柱狀晶不發(fā)達(dá)。具體到連鑄二冷強度大時，溫度梯度變大，凝固前沿糊狀區(qū)（固液兩相區(qū)）變窄，利于柱狀晶生長。一、合理地控制澆注工藝和冷卻條件二、孕育處理三、動力學(xué)細(xì)化合理的澆注工藝?yán)鋮s條件的控制合理的澆注工藝 澆注溫度 澆注方式 合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得及細(xì)化等軸晶的有效措施。但過低獲得及細(xì)化等軸晶的有效措施。但過低的澆注溫度將降低液態(tài)金屬的流動性，的澆注溫度將降低液態(tài)金屬的流動性，導(dǎo)致澆不足和冷隔等缺陷的產(chǎn)生。導(dǎo)致澆不足和冷隔等缺陷的產(chǎn)生。 通過改變澆注方式強化對流

20、對型通過改變澆注方式強化對流對型壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進(jìn)壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進(jìn)細(xì)等軸晶的形成。但必須注意不要因細(xì)等軸晶的形成。但必須注意不要因此而引起大量氣體和夾雜的卷入而導(dǎo)此而引起大量氣體和夾雜的卷入而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷。致鑄件產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷。 鑄型中間澆注鑄型中間澆注 單孔上注單孔上注 沿型壁六孔澆注沿型壁六孔澆注 圖圖5-8 不同澆注方法引起不同的鑄件凝固組織不同澆注方法引起不同的鑄件凝固組織 水流冷卻的斜板澆注方法水流冷卻的斜板澆注方法 冷卻條件的控制 控制冷卻條件的目的是形成寬的凝固區(qū)域和獲得大的過冷，控制冷卻條件的目的是形成寬的凝固區(qū)域和獲得大的過冷，從而促進(jìn)

21、熔體生核和晶粒游離。從而促進(jìn)熔體生核和晶粒游離。小的溫度梯度小的溫度梯度GL和和高高的冷卻速度的冷卻速度R可以滿足以上要求?？梢詽M足以上要求。 但就鑄型的冷卻能力但就鑄型的冷卻能力而言，而言，除薄壁鑄件外，這二者不可兼得除薄壁鑄件外，這二者不可兼得。 對薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)能力的鑄型。對薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)能力的鑄型。 對厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶對厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶的形成，再輔以其他晶粒細(xì)化措施以得到滿意的效果。的形成，再輔以其他晶粒細(xì)化措施以得到滿意的效果。懸浮澆注法可同時滿足小的懸浮澆注法可同時滿足小的GL與高的與高

22、的R的要求。的要求。 懸浮澆注用渦流導(dǎo)入法的澆注系統(tǒng)懸浮澆注用渦流導(dǎo)入法的澆注系統(tǒng)懸浮澆注法是在澆注懸浮澆注法是在澆注過程中過程中將一定量的將一定量的固態(tài)金屬顆粒加固態(tài)金屬顆粒加入到金屬液中入到金屬液中，從，從而改變金屬液凝固過而改變金屬液凝固過程，達(dá)到細(xì)化組織、程，達(dá)到細(xì)化組織、減小偏析、減小鑄造減小偏析、減小鑄造應(yīng)力的目的的一種工應(yīng)力的目的的一種工藝方法。藝方法。懸浮澆注法的特點懸浮澆注法的特點 1) 顯著細(xì)化鑄件組織，提高力學(xué)性能，改善鑄件厚大斷面力顯著細(xì)化鑄件組織，提高力學(xué)性能，改善鑄件厚大斷面力學(xué)性能均勻性；學(xué)性能均勻性； 2) 減小凝固收縮，使冒口減小減小凝固收縮，使冒口減小153

23、5%； 3) 減少縮松，提高鑄件致密性；減少縮松，提高鑄件致密性； 4) 減小鑄造應(yīng)力，減小鑄件熱裂傾向；減小鑄造應(yīng)力，減小鑄件熱裂傾向； 5) 改善宏觀偏析；改善宏觀偏析； 6) 提高凝固速度，改善鑄型受熱狀況；提高凝固速度，改善鑄型受熱狀況； 7) 可以實現(xiàn)澆注過程合金化?？梢詫崿F(xiàn)澆注過程合金化。技術(shù)原理技術(shù)原理： 通過加入金屬顆粒與金屬液的物理化學(xué)、通過加入金屬顆粒與金屬液的物理化學(xué)、晶體學(xué)和熱作用，強制金屬液生核，并改變鑄型中晶體學(xué)和熱作用，強制金屬液生核，并改變鑄型中金屬液的溫度分布，從而改變金屬凝固方式。金屬液的溫度分布，從而改變金屬凝固方式。 適用范圍適用范圍： 各種鑄鋼件、鑄鐵

24、件、及有色合金件。各種鑄鋼件、鑄鐵件、及有色合金件。 不需要特殊設(shè)備，僅要求簡單輔助工裝。不需要特殊設(shè)備，僅要求簡單輔助工裝。二、孕育處理 孕育處理是澆注之前或澆注過程中向液態(tài)金屬中添加少量孕育處理是澆注之前或澆注過程中向液態(tài)金屬中添加少量物質(zhì)以達(dá)到細(xì)化晶粒、改善宏觀組織目的的一種工藝方法。物質(zhì)以達(dá)到細(xì)化晶粒、改善宏觀組織目的的一種工藝方法。 澄清兩個概念：澄清兩個概念： 孕育孕育( Inoculation)主要是影響生核過程和促進(jìn)晶粒游離主要是影響生核過程和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒；以細(xì)化晶粒； 而變質(zhì)（而變質(zhì)（Modification）則是改變晶體的生長機理，從而）則是改變晶體的生長機理，從

25、而影響晶體形貌。變質(zhì)在改變共晶合金的非金屬相的結(jié)晶形貌上影響晶體形貌。變質(zhì)在改變共晶合金的非金屬相的結(jié)晶形貌上有著重要的應(yīng)用，而在等軸晶組織的獲得和細(xì)化中采用的則是有著重要的應(yīng)用，而在等軸晶組織的獲得和細(xì)化中采用的則是孕育方法。孕育方法。 孕育劑作用機理的兩類觀點 孕育主要起非孕育主要起非自發(fā)形核作用自發(fā)形核作用u通過在生長界面前沿的成分富集而使晶粒根部和樹枝晶通過在生長界面前沿的成分富集而使晶粒根部和樹枝晶分枝根部產(chǎn)生縮頸，促進(jìn)枝晶熔斷和游離而細(xì)化晶粒。分枝根部產(chǎn)生縮頸，促進(jìn)枝晶熔斷和游離而細(xì)化晶粒。孕育劑含有直接作為非自發(fā)生核的物質(zhì)孕育劑含有直接作為非自發(fā)生核的物質(zhì) 孕育劑能與液相中某些元

26、素孕育劑能與液相中某些元素反應(yīng)反應(yīng)生成較生成較穩(wěn)定的穩(wěn)定的化合物化合物而產(chǎn)生非自發(fā)生核而產(chǎn)生非自發(fā)生核在液相中造成很大的在液相中造成很大的微區(qū)富集微區(qū)富集而迫使結(jié)而迫使結(jié)晶相提前彌散析出而生核晶相提前彌散析出而生核 合金種類合金種類孕育劑主要組元孕育劑主要組元加入量加入量wt%加入方法加入方法碳鋼及合金鋼碳鋼及合金鋼Ti0.10.2鐵合金鐵合金V0.060.30B0.0050.01鑄鐵鑄鐵Si-Fe，Ca, Ba, Sr0.11.0，與與Si-Fe復(fù)合復(fù)合鐵合金鐵合金鋁合金鋁合金Ti, Zr , Ti+B, Ti+C Ti:0.15; Zr:0.2；復(fù)合復(fù)合:Ti0.01B或或C0.05;Al

27、-Ti, Al-Zr,Al-Ti-B,Al-Ti-C中間合金中間合金過共晶過共晶Al-Si合金合金P0.02Al-P，Cu-P，F(xiàn)e-P中間合金中間合金銅合金銅合金Zr, Zr+B, Zr+Mg,Zr+Mg+Fe+P0.020.04純金屬或中間合金純金屬或中間合金鎳基高溫合金鎳基高溫合金WC, NbC碳化物粉末碳化物粉末表表5-1 合金常用孕育劑的主要元素情況合金常用孕育劑的主要元素情況 孕育衰退（孕育效果逐漸減弱） 孕育劑加入合金液后要經(jīng)歷一個孕育期和衰退期。孕育劑加入合金液后要經(jīng)歷一個孕育期和衰退期。 在孕育期內(nèi)，作為孕育劑的中間合金的某些組分完在孕育期內(nèi)，作為孕育劑的中間合金的某些組分完

28、成熔化過程，或與合金液反應(yīng)生成化合物，起細(xì)化成熔化過程，或與合金液反應(yīng)生成化合物，起細(xì)化作用的異質(zhì)固相顆粒均勻分布并與合金液充分潤濕，作用的異質(zhì)固相顆粒均勻分布并與合金液充分潤濕，逐漸達(dá)到最佳的細(xì)化效果。逐漸達(dá)到最佳的細(xì)化效果。 當(dāng)細(xì)化效果達(dá)到最佳值時澆注是最理想的，隨合金當(dāng)細(xì)化效果達(dá)到最佳值時澆注是最理想的，隨合金熔化溫度和孕育劑種類的不同，達(dá)到最佳細(xì)化效果熔化溫度和孕育劑種類的不同，達(dá)到最佳細(xì)化效果所需要的時間也不同。所需要的時間也不同。u幾乎所有的孕育劑都有在孕育處理后一段時間出現(xiàn)幾乎所有的孕育劑都有在孕育處理后一段時間出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象，因此孕育效果不僅取決于孕育劑的本孕育衰退現(xiàn)象，因此

29、孕育效果不僅取決于孕育劑的本身，而且也與孕育處理工藝密切相關(guān)。身，而且也與孕育處理工藝密切相關(guān)。u一般處理溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育劑一般處理溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育劑均勻散開的前提下，應(yīng)盡量降低處理溫度。均勻散開的前提下，應(yīng)盡量降低處理溫度。u孕育劑的粒度也要根據(jù)處理溫度、被處理合金液量孕育劑的粒度也要根據(jù)處理溫度、被處理合金液量和具體的處理方法來選擇。和具體的處理方法來選擇。 高碳鋼連鑄坯存在的最大質(zhì)量問題是中心縮松、中心偏析嚴(yán)重。解決這一問題的關(guān)鍵是擴大鑄坯等軸晶區(qū)比例，細(xì)化晶粒。本文以Fe-C合金作為形核劑，研究了形核劑含碳量對高碳鋼凝固過程的影響機理。研究結(jié)果表明，

30、 向鋼液中加入形核劑可有效地擴大等軸晶區(qū)。對高碳鋼， 中碳鐵合金形核劑既可擴大等軸晶區(qū)，又可細(xì)化晶粒；而低碳形核劑可以擴大等軸晶區(qū)，但細(xì)化晶粒效果差。為有效地發(fā)揮形核劑的作用，對不同鋼種要合理地選擇形核劑含碳量。 Central shrinkage porosity and segregation are main defects of high-carbon steel billetsThe key to solve these problems iS enlarging equiaxed grain zone and fining grain sizeFe-C alloys are tak

31、en as nucleating agents and the efects of carbon content of nucleating agents on solidification process of highcarbon steeI are studiedThe results show that adding medium carbon nucleating agents into high carbon steel grade can efectively enlarge equiaxed grain zone and fine grain size；adding low c

32、arbon nucleating agents into high carbon steel grade can only enlarge equiaxed grain zoneIn order to exploit nucleating agentsadvantages to the alI，diferent nucleating agents must be selected seriously according to diferent steeI gradesThe medium carbon alloy nucleating agents are suitable for high-

33、carbon steel grade 還有一種孕育電脈沖孕育：電脈沖孕育處理是指通過對合金熔體施加脈沖電場從而達(dá)到控制合金凝固，細(xì)化金屬凝固組織的目的 。研究發(fā)現(xiàn)，利用脈沖電流處理可以使金屬的凝固溫度升高，凝固時間縮短，溫度梯度減小，使金屬更趨向于體積凝固方式，凝固組織細(xì)化，力學(xué)性能得到改善；可以使凝固組織由粗大柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小等軸晶，大幅度細(xì)化晶粒尺寸；使奧氏體不銹鋼的柱狀晶間距明顯細(xì)，并增加凝固組織中奧氏體的相對含量；使高碳當(dāng)量的過共晶灰口鑄鐵中出現(xiàn)大量D型過冷石墨和發(fā)達(dá)的奧氏體枝晶，細(xì)化共晶團尺寸 。在溫度較高的液相中，電脈沖對凝固組織細(xì)化無任何作用。在枝晶生長過程中，電脈沖無法使晶體熔

34、化或折斷，但它可以促使型壁上的晶粒脫落、游離，并在液相中自由移動，成為等軸晶生長的核心，從而達(dá)到了細(xì)化晶粒的目的，如圖所示。三、動力學(xué)細(xì)化 1鑄型振動鑄型振動2超聲波振動超聲波振動3液相攪拌液相攪拌4流變鑄造流變鑄造1鑄型振動 在凝固過程中振動鑄型可使液相和在凝固過程中振動鑄型可使液相和固相發(fā)生相對運動，導(dǎo)致枝晶破碎固相發(fā)生相對運動，導(dǎo)致枝晶破碎形成結(jié)晶核心。離心鑄造時若周期形成結(jié)晶核心。離心鑄造時若周期改變旋轉(zhuǎn)方向可獲得細(xì)小等軸晶，改變旋轉(zhuǎn)方向可獲得細(xì)小等軸晶，說明液相和固相發(fā)生相對運動所起說明液相和固相發(fā)生相對運動所起的細(xì)化晶粒作用。的細(xì)化晶粒作用。 振動還可引起局部的溫度起伏，有振動還可

35、引起局部的溫度起伏，有利于枝晶熔斷。利于枝晶熔斷。 振動鑄型可促使振動鑄型可促使“晶雨晶雨”的形成。的形成。立式離心鑄造機2超聲波振動 超聲波振動可在液相中產(chǎn)生超聲波振動可在液相中產(chǎn)生空化作用，形成空隙，當(dāng)這些空空化作用，形成空隙，當(dāng)這些空隙崩潰時，液體迅速補充，液體隙崩潰時，液體迅速補充，液體流動的動量很大，產(chǎn)生很高的壓流動的動量很大，產(chǎn)生很高的壓力。當(dāng)壓力增加時凝固的合金熔力。當(dāng)壓力增加時凝固的合金熔點溫度也要增加，從而提高了凝點溫度也要增加，從而提高了凝固過冷度，造成形核率的提高，固過冷度，造成形核率的提高，使晶粒細(xì)化。使晶粒細(xì)化。 超聲波通常是指1 s內(nèi)振動20 000次以上的高頻聲波

36、，在介質(zhì)傳導(dǎo)時，將會產(chǎn)生周期性的應(yīng)力和聲壓變化，同時也會產(chǎn)生局部的高溫高壓效應(yīng)。 超聲振動的高能量及其它的特殊效應(yīng)，極大地提高了對凝固的作用效果。利用超聲波冶金可以細(xì)化晶粒，去氣除渣，細(xì)化枝晶網(wǎng)胞。 功率超聲是超聲波的一個分支，應(yīng)用于金屬凝固過程中時有5個基本作用： （1）線性交變振動作用； （2）大振幅聲波； （3）非線性振動； （4）聲空化作用； （5）聲流作用。 這些作用應(yīng)用于金屬液中可以產(chǎn)生攪拌、霧化、分散、沖擊破碎等作用 可以促進(jìn)合金形核并抑制其長大，還可提高溫度和化學(xué)成分的均勻性，改善合金成分的偏析等。3.振動喂帶技術(shù) 向結(jié)晶器內(nèi)的金屬液中連續(xù)喂人接近母液成分的金屬棒或帶，在金屬棒

37、或帶融化吸收鋼水過熱度的基礎(chǔ)上，通過振動使金屬棒或帶的前端兩相區(qū)內(nèi)的枝晶以晶核的方式被彈射到鋼液中，成為其后凝固形成等軸晶的晶核來源。 通過將處于高頻振動狀態(tài)的鋼帶插入與其成分相同的鋼液中，觀察并分析鋼帶的熔化、形核及彈射至溶池內(nèi)的動態(tài)過程，尤其是有無振動條件下鋼帶的完全熔化時間。 當(dāng)振動鋼帶持續(xù)不斷地插入鋼液熔池時，鋼帶在熔池中能夠快速熔化產(chǎn)生細(xì)小枝晶，這不僅能夠起到降低鋼液中心過熱度的作用，還可以借助于振動將細(xì)小破碎的晶粒彈射到金屬液中，起到促進(jìn)柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變的作用，從而提高鑄坯組織中的等軸晶比例，改善內(nèi)部質(zhì)量。4.振動激發(fā)金屬液形核技術(shù) 當(dāng)一種帶有冷卻結(jié)構(gòu)且高頻振動的晶核發(fā)射器插入金

38、屬液時，金屬液將在晶核發(fā)射器棒體的表面迅速凝固形核、長大，這就是振動激發(fā)形核技術(shù)。在棒體的高頻振動作用下，其表面形成的晶粒將被折斷或與基體剝離，并被連續(xù)不斷地彈射到金屬液中，成為凝固過程中抑制柱狀晶生長、形成大量等軸晶的晶核來。5液相攪拌 采用機械攪拌、電磁攪拌或氣泡攪拌均可造成液相相對固相的采用機械攪拌、電磁攪拌或氣泡攪拌均可造成液相相對固相的運動，引起枝晶的折斷、破碎與增殖，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。運動，引起枝晶的折斷、破碎與增殖，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。 連鑄過程采用電磁攪拌的主要作用是提高連鑄坯的質(zhì)量，例如去除夾雜連鑄過程采用電磁攪拌的主要作用是提高連鑄坯的質(zhì)量，例如去除夾雜物、消除皮下氣泡、

39、減輕中心偏析、提高連鑄坯的等軸晶率。在澆鑄斷面較物、消除皮下氣泡、減輕中心偏析、提高連鑄坯的等軸晶率。在澆鑄斷面較大的鑄坯以及澆鑄質(zhì)量要求較高時，電磁攪拌技術(shù)便成為首選。大的鑄坯以及澆鑄質(zhì)量要求較高時，電磁攪拌技術(shù)便成為首選。 電磁攪拌器(EMS)的實質(zhì)是借助在鑄坯液中感生的電磁力來強化鋼水的運動。在鋼水附近施加電磁攪拌以后，電磁攪拌器產(chǎn)生的低頻交變電磁場穿透鋼水，與鋼水間產(chǎn)生相對運動，使得鋼液的磁通量發(fā)生變化，相當(dāng)于磁場以一定的速度切割鋼液，使其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種感應(yīng)電流又與感應(yīng)器產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，作用于鋼液的每個體積元上，從而驅(qū)動鋼液的運動。 根據(jù)直流電動機原理、感應(yīng)電動機

40、原理、直線電動機原理和固定磁場下運動導(dǎo)體被感應(yīng)受力的原理，電磁攪拌力的產(chǎn)生相應(yīng)有4種類型：靜止磁場與液芯通電型電磁攪拌的電磁力；感應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場型電磁攪拌的電磁力；行波磁場電磁攪拌的電磁力；鋼水注流的電磁制動。根據(jù)電磁攪拌器安裝形式和位置不同，EMS主要分為二冷區(qū)電磁攪拌(SEMS)和結(jié)晶器電磁攪拌(MEMS)，如圖2所示。電磁攪拌技術(shù)的核心就是利用電磁力控制凝固過程的流動現(xiàn)象，改善鑄坯的結(jié)構(gòu)、質(zhì)量和軋材性能。電磁攪拌對鑄坯等軸晶帶的作用： 柱狀晶特別發(fā)達(dá)，是鑄坯的結(jié)構(gòu)特點和弱點。擴大和細(xì)化等軸晶帶，可以增加鑄坯的抗裂性、減輕或消除中心疏松與中心偏析，并能改善鑄坯的熱加工性能和軋材質(zhì)量。而等軸晶帶

41、的發(fā)展，主要取決于3個基本條件：液芯內(nèi)有充分的晶核；凝固前沿的兩相區(qū)范圍盡量寬；兩相區(qū)內(nèi)有較大的成分過冷。電磁攪拌可通過流動母液對樹枝晶前端的動力折斷作用和熔蝕作用而產(chǎn)生大量晶枝碎片，供作晶核。同時，強力流動可大大加速液芯的傳熱而使過熱度迅速消失、兩相區(qū)迅速擴大。另外，強力流動加速傳質(zhì)，使凝固前沿擴散邊界層減薄而濃度梯度增大，使兩相區(qū)內(nèi)成分過冷增強。這三者恰好是等軸晶發(fā)展的三要素，所以電磁攪拌是擴大鑄坯等軸晶帶的有效措施。 電磁攪拌推動液芯流動而產(chǎn)生對凝固前沿樹枝晶的沖刷和熔蝕，使得樹枝晶前沿變得比較平齊光滑；同時，數(shù)學(xué)模擬表明，即使電磁攪拌安裝在連鑄機上部，由于它促使液芯過熱度的迅速消失，也

42、會使尖銳狹窄的液相穴底部變得圓滑而較寬。其結(jié)果就可以避免凝固前沿的樹枝晶搭橋現(xiàn)象，從而避免液相穴底部形成“小鋼錠縮孔”。加之電磁攪拌產(chǎn)生的大量碎枝晶核向液相穴底部沉淀充填和競相長大，就可形成較致密的等軸晶結(jié)構(gòu)，從而減輕縮孔、疏松的發(fā)生。6.輕壓下技術(shù) 輕壓下技術(shù)是從收縮輥縫技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，它是通過在連鑄坯液芯末端附近施加適當(dāng)壓力，產(chǎn)生一定的壓下量來補償鑄坯的凝固收縮量。 一方面可以消除或減少鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙，防止晶間富集溶質(zhì)元素的鋼液向鑄坯中心橫向流動； 另一方面，輕壓下所產(chǎn)生的擠壓作用還可以促進(jìn)液芯中溶質(zhì)元素富集的鋼液沿拉坯方向反向流動，使溶質(zhì)元素在鋼液中重新分配，從而使鑄坯的凝

43、固組織更加均勻致密，起到改善中心偏析和減少中心疏松的目的。 輕壓下技術(shù)對鑄坯的凝固組織也有一定的影響，在輕壓下的作用下， 心未凝固的液態(tài)鋼液運動加劇，坯殼與液態(tài)交界面的初生枝晶被打斷并重新融化成許多細(xì)小的破碎枝晶 。這些細(xì)小的枝晶成為中心過冷鋼液的形核核心，加速了中心鋼液的形核速率，因此中心細(xì)小的等軸晶晶帶比未使用輕壓下技術(shù)的鑄坯要高 。7流變鑄造 流變鑄造又稱半固態(tài)鑄流變鑄造又稱半固態(tài)鑄造，這種方法是當(dāng)液體金造，這種方法是當(dāng)液體金屬凝固達(dá)屬凝固達(dá)5060時，在時，在氬氣保護(hù)下進(jìn)行高速攪拌，氬氣保護(hù)下進(jìn)行高速攪拌，使金屬成為半固態(tài)漿液，使金屬成為半固態(tài)漿液，將半固態(tài)漿液凝固成坯料將半固態(tài)漿液凝

44、固成坯料或擠壓至鑄型凝固成形?；驍D壓至鑄型凝固成形。其固態(tài)晶體隨攪拌轉(zhuǎn)速的其固態(tài)晶體隨攪拌轉(zhuǎn)速的增加趨于細(xì)小而圓整，機增加趨于細(xì)小而圓整，機械性能顯著提高。械性能顯著提高。這種細(xì)小圓整的半固這種細(xì)小圓整的半固態(tài)金屬漿液由于具有態(tài)金屬漿液由于具有較好的流動性而容易較好的流動性而容易成形。因為它的溫度成形。因為它的溫度遠(yuǎn)低于液相線溫度，遠(yuǎn)低于液相線溫度，所以對于黑色金屬的所以對于黑色金屬的壓鑄件來說，能大大壓鑄件來說，能大大減輕金屬對模具的熱減輕金屬對模具的熱沖擊，提高壓鑄模具沖擊，提高壓鑄模具的壽命，擴大黑色金的壽命，擴大黑色金屬壓鑄的應(yīng)用范圍。屬壓鑄的應(yīng)用范圍。傳統(tǒng)鑄造a）和流變鑄造b）所獲得

45、的顯微組織 第五節(jié) 焊接熔池凝固及控制 一、熔池凝固條件二、熔池結(jié)晶特征三、熔池結(jié)晶組織的細(xì)化一、熔池凝固條件一、熔池凝固條件 體積小、冷速快體積小、冷速快 溫差大、過熱度高溫差大、過熱度高 動態(tài)凝固過程動態(tài)凝固過程 液態(tài)金屬對流激烈液態(tài)金屬對流激烈 1. 熔池金屬的體積小，冷卻速度快在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有30cm3 ，重量不超過，重量不超過100g;周圍被冷態(tài)金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度周圍被冷態(tài)金屬所包圍，所以熔池的冷卻速度很大，通常可達(dá)很大，通?？蛇_(dá)4100/s，遠(yuǎn)高于一般鑄件，遠(yuǎn)高于一般鑄件的冷卻速度的冷卻速度;由于冷卻快，溫

46、度梯度大，致使焊縫中柱狀晶由于冷卻快，溫度梯度大，致使焊縫中柱狀晶得到充分發(fā)展。這也是造成高碳、高合金鋼以得到充分發(fā)展。這也是造成高碳、高合金鋼以及鑄鐵材料焊接性差的主要原因之一。及鑄鐵材料焊接性差的主要原因之一。 2. 溫差大、過熱溫度高熔池金屬中不同區(qū)域因加熱與冷卻速度很快，熔池金屬中不同區(qū)域因加熱與冷卻速度很快，熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度，例如，對，例如，對于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高達(dá)達(dá)21002300，而熔池后部表面溫度只有，而熔池后部表面溫度只有1600左右，熔池平均溫度為左右，熔池平均溫

47、度為1700100。由于過熱溫度高，由于過熱溫度高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點數(shù)大為非自發(fā)形核的原始質(zhì)點數(shù)大為減少減少，這也促使焊縫柱狀晶的發(fā)展。，這也促使焊縫柱狀晶的發(fā)展。3. 動態(tài)凝固過程處于熱源移動方向前端的母材不斷熔化，連同過渡到熔處于熱源移動方向前端的母材不斷熔化，連同過渡到熔池中的熔融的焊接材料一起在電弧吹力作用下，對流至池中的熔融的焊接材料一起在電弧吹力作用下，對流至熔池后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態(tài)金屬立即熔池后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態(tài)金屬立即開始凝固。因此，凝固過程是連續(xù)進(jìn)行并隨熔池前進(jìn)。開始凝固。因此，凝固過程是連續(xù)進(jìn)行并隨熔池前進(jìn)。圖圖5-11 熔池的運動狀態(tài)下

48、結(jié)晶熔池的運動狀態(tài)下結(jié)晶4. 液態(tài)金屬對流激烈 熔池中存在許多復(fù)雜的作用力，如電弧的機熔池中存在許多復(fù)雜的作用力，如電弧的機械力、氣流吹力、電磁力，以及液態(tài)金屬中密度械力、氣流吹力、電磁力，以及液態(tài)金屬中密度差，使熔池金屬產(chǎn)生強烈的攪拌和對流，在熔池差，使熔池金屬產(chǎn)生強烈的攪拌和對流，在熔池上部其方向一般從熔池頭部向尾部流動，而在熔上部其方向一般從熔池頭部向尾部流動，而在熔池底部的流動方向與之正好相反，這一點有利于池底部的流動方向與之正好相反，這一點有利于熔池金屬成分分布的均勻化與純凈化。熔池金屬成分分布的均勻化與純凈化。二、熔池結(jié)晶特征 聯(lián)生結(jié)晶聯(lián)生結(jié)晶 柱狀晶生長方向與速度的變化柱狀晶生長方向與速度的變化 熔池凝固組織形態(tài)的多樣性熔池凝固組織形態(tài)的多樣性 1. 聯(lián)生結(jié)晶 在熔池中存在兩種現(xiàn)成固在熔池中存在兩種現(xiàn)成固相表面：一種是合金元素或雜相表面：一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點（在正常情況下質(zhì)的懸浮質(zhì)點（在正常情況下所起作用不大）；另一種就是所起作用不大）；另一種就是熔池邊界未熔母材晶粒表面，熔池邊界未熔母材晶粒表面，非自發(fā)形核就依附在這個表面，非自發(fā)形核就依附在這個表面，在較小的過冷度下以柱狀晶的在較小的過冷度下以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長，稱為聯(lián)形態(tài)向焊縫中心生長，稱為聯(lián)生結(jié)晶生結(jié)晶(也稱外延生