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液相流动对宏观组织的影响
熔体流动对宏观凝固组织的影响是凝固研究中的一个重要课
题。液相流动在宏观组织形成中的作用主要包括三个方面:改变
柱状晶生长方向、促进柱状晶向等轴晶转变(CET)以及细化宏观
晶粒组织。
细化宏观晶粒组织
无论凝固组织是柱状晶还是等轴晶,熔体流动的均可使之得
到一定程度的细化。许多研究结果显示,随着熔体流动速
度的提高,其柱状晶粒在长度和宽度上均减小。如果熔
体对流较强烈,并开始形成等轴晶组织时,等轴晶粒也随流动或搅
拌的增强而细化。
宏观组织细化的根本原因在于熔体流动显著地增加了形核率,
不论生长方式如何,晶核数量的增加必然带来晶粒尺寸的细
化。按照上述枝晶断裂或重熔机制,晶体增殖的效果还与合金化
程度以及过冷度有关,合金中溶质浓度越高,或者过冷度越大,凝
固组织也就越细小。
宏观成分偏析是大型铸件极为突出的问题,它有不同的表现
形式,如中心偏析、锥形负偏析、反偏析以及带状偏析等。在凝固
过程中,无论自然对流还是强制对流,与成分偏析的关系是十分复
杂的,影响成分偏析的因素也比较多,所以对流对宏观成分偏析的
影响尚无明确定论。概括起来,对流主要通过下列途径来影响成
分偏析:
(1)影响溶质边界层厚度及边界层内溶质分布;
(2)改变凝固系统的传热速率,从而引起固一液界面推移速
率发生变化;
(3)液相流动增加了凝固界面的扰动,从而改变晶体生长方
式;
(4)促使固相从凝固界面分离并产生浮沉效应;
(5)枝晶间液相的流动促进富含溶质液相通过“糊状区”。
一般认为,宏观偏析大都是由不同成分液相在枝晶间流动造
成的,这种对流作用可以将枝晶间含有高浓度溶质原子的液相带
走,使后凝固的部分溶质含量提高;
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