純金屬與合金的凝固

純金屬與合金的凝固

純金屬與合金的基本概念及區(qū)別01由同種元素組成的單相固體材料具有固定的化學(xué)成分和一致的物理性質(zhì)純金屬的定義按金屬元素的原子序數(shù)分類：如金屬元素、過渡金屬、稀土金屬等按金屬的物理性質(zhì)分類：如金屬、半導(dǎo)體、金屬間化合物等純金屬的分類具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性具有較高的熔點(diǎn)和密度在一定條件下容易氧化和腐蝕純金屬的特性??????純金屬的定義、分類及其特性合金的定義由兩種或多種元素組成的多元固體材料具有固定的化學(xué)成分和一致的物理性質(zhì)合金的分類按合金的元素組成分類：如二元合金、三元合金等按合金的晶體結(jié)構(gòu)分類：如固溶體、中間相、共晶相等按合金的性能和應(yīng)用分類：如結(jié)構(gòu)合金、功能合金等合金的特性具有優(yōu)越的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能具有廣泛的可調(diào)性和可設(shè)計(jì)性具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性合金的定義、分類及其特性純金屬與合金的凝固行為對(duì)比純金屬的凝固行為凝固過程中只發(fā)生固液相變凝固過程中熱量傳遞主要靠熱傳導(dǎo)凝固過程中應(yīng)力與應(yīng)變較小合金的凝固行為凝固過程中發(fā)生固液、液液相變凝固過程中熱量傳遞主要靠熱傳導(dǎo)和對(duì)流凝固過程中應(yīng)力與應(yīng)變較大純金屬的凝固原理02凝固過程中的相變類型從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的固液相變從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的固液相變凝固過程中的相變特點(diǎn)相變溫度固定，與冷卻速度無關(guān)相變過程中無體積變化相變過程中晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生改變純金屬凝固過程中的相變熱量傳遞方式熱傳導(dǎo)：通過原子振動(dòng)傳遞熱量對(duì)流：通過流體流動(dòng)傳遞熱量輻射：通過電磁波傳遞熱量熱量傳遞特點(diǎn)熱傳導(dǎo)速率與溫度梯度成正比對(duì)流速率與流體粘度、密度和溫差成正比輻射速率與物體表面溫度和輻射系數(shù)成正比純金屬凝固過程中的熱量傳遞凝固過程中的應(yīng)力來源冷卻過程中的熱應(yīng)力晶體生長(zhǎng)過程中的生長(zhǎng)應(yīng)力凝固過程中的應(yīng)變類型線性應(yīng)變：長(zhǎng)度和寬度方向的應(yīng)變體積應(yīng)變：體積的膨脹或收縮凝固過程中的應(yīng)力與應(yīng)變特點(diǎn)應(yīng)力與應(yīng)變與冷卻速度、材料性能有關(guān)應(yīng)力與應(yīng)變可能導(dǎo)致凝固缺陷的產(chǎn)生純金屬凝固過程中的應(yīng)力與應(yīng)變合金的凝固原理03合金凝固過程中的相變凝固過程中的相變類型從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的固液相變從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的液液相變從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的固固相變凝固過程中的相變特點(diǎn)相變溫度與合金成分、冷卻速度有關(guān)相變過程中可能有體積變化相變過程中晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生改變熱量傳遞方式熱傳導(dǎo)：通過原子振動(dòng)傳遞熱量對(duì)流：通過流體流動(dòng)傳遞熱量輻射：通過電磁波傳遞熱量熱量傳遞特點(diǎn)熱傳導(dǎo)速率與溫度梯度成正比對(duì)流速率與流體粘度、密度和溫差成正比輻射速率與物體表面溫度和輻射系數(shù)成正比合金凝固過程中的熱量傳遞冷卻過程中的熱應(yīng)力晶體生長(zhǎng)過程中的生長(zhǎng)應(yīng)力相變過程中的相變應(yīng)力凝固過程中的應(yīng)力來源線性應(yīng)變：長(zhǎng)度和寬度方向的應(yīng)變體積應(yīng)變：體積的膨脹或收縮凝固過程中的應(yīng)變類型應(yīng)力與應(yīng)變與冷卻速度、材料性能有關(guān)應(yīng)力與應(yīng)變可能導(dǎo)致凝固缺陷的產(chǎn)生凝固過程中的應(yīng)力與應(yīng)變特點(diǎn)合金凝固過程中的應(yīng)力與應(yīng)變純金屬與合金的凝固組織04純金屬的凝固組織特點(diǎn)凝固組織類型等軸晶：晶體沿各個(gè)方向生長(zhǎng)速度相等柱狀晶：晶體沿一個(gè)方向生長(zhǎng)速度較快樹枝晶：晶體沿多個(gè)方向生長(zhǎng)，形成樹枝狀結(jié)構(gòu)凝固組織特點(diǎn)晶粒大小與冷卻速度、材料性能有關(guān)晶粒形狀與凝固過程中的生長(zhǎng)方式有關(guān)晶界結(jié)構(gòu)與合金成分、冷卻速度有關(guān)合金的凝固組織特點(diǎn)凝固組織類型固溶體：合金元素在基體金屬中呈固溶體狀態(tài)中間相：合金元素在基體金屬中形成獨(dú)立的相共晶組織：兩種或多種相在一定的比例下共同生長(zhǎng)凝固組織特點(diǎn)凝固組織結(jié)構(gòu)與合金成分、冷卻速度有關(guān)凝固組織中的相分布與相平衡有關(guān)凝固組織對(duì)合金性能產(chǎn)生影響凝固組織的形成凝固過程中相變和熱量傳遞的平衡凝固過程中應(yīng)力與應(yīng)變的平衡凝固組織的控制通過調(diào)整冷卻速度和凝固條件控制凝固組織通過添加合金元素和調(diào)整化學(xué)成分控制凝固組織通過采用凝固控制技術(shù)控制凝固組織凝固組織的形成與控制純金屬與合金的凝固缺陷05純金屬的凝固缺陷及其原因凝固缺陷類型縮孔：凝固過程中金屬液體的收縮縮松：凝固過程中金屬晶粒間的疏松熱裂：凝固過程中由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋凝固缺陷原因冷卻速度過快或過慢金屬液體的成分不均勻凝固過程中的應(yīng)力與應(yīng)變過大凝固缺陷類型縮孔：凝固過程中金屬液體的收縮縮松：凝固過程中金屬晶粒間的疏松熱裂：凝固過程中由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋相偏析：凝固過程中合金元素的偏析凝固缺陷原因冷卻速度過快或過慢合金液體的成分不均勻凝固過程中的應(yīng)力與應(yīng)變過大合金元素的相平衡和相變特性合金的凝固缺陷及其原因凝固缺陷的預(yù)防合理設(shè)計(jì)凝固工藝優(yōu)化合金成分和熱處理工藝采用凝固控制技術(shù)凝固缺陷的消除對(duì)凝固缺陷進(jìn)行機(jī)械加工修復(fù)采用熔煉和鑄造工藝改進(jìn)通過熱處理改善凝固缺陷凝固缺陷的預(yù)防與消除純金屬與合金的凝固工藝06純金屬的凝固工藝及其特點(diǎn)凝固工藝類型鑄錠法：將金屬液倒入模具中凝固成型鍛造法：將金屬錠加熱后鍛造成型焊接法：將金屬件焊接連接凝固工藝特點(diǎn)凝固工藝簡(jiǎn)單，易于操作適用于大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)材料性能有一定的影響凝固工藝類型鑄造法：將合金液倒入模具中凝固成型鍛造法：將合金錠加熱后鍛造成型焊接法：將合金件焊接連接凝固工藝特點(diǎn)凝固工藝復(fù)雜，需要控制相變和熱量傳遞適用于大規(guī)模生產(chǎn)對(duì)材料性能有很大的影響合金的凝固工藝及其特點(diǎn)凝固工藝的優(yōu)化與創(chuàng)新凝固工藝的優(yōu)化調(diào)整冷卻速度和凝固條件優(yōu)化合金成分和熱處理工藝采用凝固控制技術(shù)凝固工藝的創(chuàng)新開發(fā)新型凝固工藝和設(shè)備采用計(jì)算機(jī)模擬和仿真技術(shù)探索新型凝固材料和應(yīng)用領(lǐng)域純金屬與合金凝固研究的新進(jìn)展與展望07純金屬凝固研究的最新進(jìn)展研究純金屬凝固過程中的晶體生長(zhǎng)機(jī)制探索純金屬凝固組織的調(diào)控方法研究純金屬凝固缺陷的形成機(jī)理和預(yù)防措施合金凝固研究的最新進(jìn)展研究合金凝固過程中的相變行為和相平衡探索合金凝固組織的調(diào)控方法研究合金凝固缺陷的形成機(jī)理和預(yù)防措施純金屬與合金凝固研究的最新進(jìn)展純金屬與合金凝固研究的發(fā)展趨勢(shì)純金屬凝固研究的發(fā)展趨勢(shì)提高純金屬凝固組織的可控性研究純金屬凝固過程中的能量傳輸和轉(zhuǎn)化機(jī)制探索純金屬凝固新工藝和新技術(shù)合金凝固研究的發(fā)展趨勢(shì)提高合金凝固組織的可控性研究合金凝固過程中的相變行為和相平衡探索合金凝固新工藝和新技術(shù)純金屬與合金凝固研究的應(yīng)用前景純金屬凝固