19.铸锭组织的控制
铸锭凝固组织
此时，四周温度梯度变缓，中心温度下降至结
过去的时间内，大量形核，形成细小等轴晶外
随着外壳形成收缩，形成气隙，传热变慢，枝
4.1铸锭/坯的凝固组织
•正常偏析
•按照异分结晶一般规律进行凝固，由此产生的偏析即为正常偏析
•分四种情况：
•平衡态凝固
•液态均匀，固态不发生扩散
•液态不均匀，固态也不扩散
•液态和固态均有一定程度但不达到平衡的扩散
4.1铸锭/坯的凝固组织
•原因：
•在出现树枝晶的条件下，枝晶尖端部分孤立深入正面液体中，正面的界面很小，而枝晶之间残留大量液
体，所以枝晶要依靠与枝晶主轴垂直的方向扩散而扩
展凝固界面。
相比之下，纵向的扩散较小，。
控制铸锭组织的原理
控制铸锭组织的原理
控制铸锭组织的原理主要包括两个方面：凝固过程控制和热处理控制。
1. 凝固过程控制：通过控制铸锭的冷却速率和凝固过程中的温度梯度，可以影响铸锭的组织形貌和尺寸，从而实现对铸锭组织的控制。
具体而言，包括以下几个方面：
- 控制冷却速率：冷却速率的快慢会影响到铸锭凝固过程中的晶粒尺寸和凝固结构。
通过调整冷却介质的温度、流速等参数，可以控制铸锭的冷却速率，从而达到对组织的控制。
- 控制温度梯度：铸锭凝固过程中的温度梯度会影响到凝固界面的形貌和晶粒生长方向。
通过调整冷却介质的温度分布和气流流速等参数，可以控制温度梯度的大小和方向，从而实现对组织的控制。
2. 热处理控制：通过在铸锭凝固后进行热处理，可以改变铸锭的晶界和晶内组织，从而进一步控制铸锭的组织。
具体而言，包括以下几个方面：- 固溶处理：在高温下将合金中的溶质溶解到基体中，然后通过快速冷却固定晶体格子位置，使得溶质原子固溶在基体晶格点上，从而调整晶格结构和晶粒尺寸。
- 淬火处理：在高温下加热铸锭，然后迅速冷却，通过快速淬火固定晶体格子位置，从而产生细小的晶粒和高强度的组织。
- 回火处理：在高温下加热铸锭，然后在适当温度下保持一段时间，使得残余应力得以释放和晶粒尺寸得到调整，从而改善铸锭的力学性能。
综上所述，控制铸锭组织的原理主要包括凝固过程控制和热处理控制，通过调整凝固过程中的冷却速率和温度梯度，以及进行热处理，可以实现对铸锭组织的精确控制。
铸造凝固组织及其控制
4.1铸锭/坯的凝固组织
• 表面激冷层区的形成
一旦型壁附近的晶粒互
相连结而构成稳定的凝固壳
层，凝固将转为柱状晶区由 外向内的生长，表面激冷细 晶粒区将不再发展。因此稳 定的凝固壳层形成得越早，
表面细晶粒区向柱状晶区转
变得也就越快，表面激冷区 也就越窄。
4.1铸锭/坯的凝固组织
• 柱状晶区的形成
柱状晶区开始于稳定凝固壳层的
4.1铸锭/坯的凝固组织
目前比较统一的看法是内部等轴晶区的
形成很可能是多种途径起作用。在一种情况
下，可能是这种机理起主导作用，在另一种
情况下，可能是另一种机理在起作用，或者
是几种机理的综合作用，而各自作用的大小
当由具体的凝固条件所决定。
4.1铸锭/坯的凝固组织
• 关于偏析问题 • 显微偏析：发生在一个或几个晶粒范围内。可以分为： • 枝晶偏析 • 晶间偏析 • 晶界偏析 • 胞状偏析 • 宏观偏析：铸坯宏观范围的这一部分和那一部分。可 以分为： • 正常偏析 • 反常偏析 • 比重偏析
4.1铸锭/坯的凝固组织
• 比重偏析 • 在一个铸件（铸锭/坯）中，经常发现上下部分之间 成分显著差异。 • 原因： • 垂直方向顺序结晶的正常偏析 • 整体凝固均匀时的中间等轴晶带产生 • 后者原因： • 固液相间的成分、比重发生差异，结晶过程出现 了比重差异 • 由于结晶过程浮沉现象造成的成分差异，即比重偏析
• 同时，发生较强的自然 对流。使内部液体比较 迅速的冷却 • 温度梯度变成曲线（2）
铸锭/坯的凝固组织
• 铸锭的冷凝过程（作为了 解铸坯组织的参考） • 此时，四周温度梯度变 缓，中心温度下降至结 晶温度 • 过去的时间内，大量形 核，形成细小等轴晶外 壳 • 随着外壳形成收缩，形 成气隙，传热变慢，枝 晶生长
材料科学基础教学大纲
材料科学基础教学大纲课程号：课程名称：材料科学基础II 学分：4英文名称：Fundamentals of Materials Science （II）周学时： 4预修课程：《材料科学基础I》面向对象：材料科学与工程专业本科生一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介《材料科学基础II》是《材料科学基础I》与材料科学后续专业课程的连接纽带，是材料系学生学习其它材料科学与工程相关专业课的基础，内容主要包括固态扩散、相图、固相反应、陶瓷烧结过程、熔融态与玻璃态、金属的凝固与结晶、固态相变过程等。
（二）英文简介This course provides fundamental knowleges for more specified courses related to materials science and engineering. The major contents are as follows: solid diffusion, phase diagrams, solid state reaction, sintering process of ceramics, molten and glassy states, solidification and crystallization of metals, and solid state phase transformations.二、教学目标（一）学习目标《材料科学基础II》课程教学的基本目的是在学生学完《材料科学基础I》课程之后，通过本课程的学习，进一步掌握材料研究与制备过程中所涉及的基础理论问题，如相平衡与相变过程、材料不同尺度范围内的本征结构、晶体组织、几何形态及表观性能，材料微观行为与宏观表现的有机联系，具有不同化学成分、加工过程、组织结构及宏观性能材料的物理本质、材料制备过程中的固相反应和烧结过程等。
学完本课程后，学生应掌握固态扩散基础知识；各类相图的判读以及在实际过程中的应用；理解固相反应、陶瓷烧结过程的实质和控制条件以及相关的动力学关系；掌握玻璃制备过程中的熔融态结构与性质以及玻璃形成过程与结构;掌握金属凝固和结晶基本过程以及成分分布、组织结构调控；掌握材料固态相变，特别是钢的奥氏体化、珠光体相变、马氏体相变、贝氏体相变、脱溶与时效、调幅分解等基础知识。
铸锭车间管理制度
铸锭车间管理制度第一章总则第一条为了规范铸锭车间的管理，提高生产效率，保障生产安全，制定本管理制度。
第二条本管理制度适用于铸锭车间全体员工，并严格执行。
第三条铸锭车间管理以安全、质量、效率为核心，要求所有员工遵守《安全生产法》、《劳动法》等相关法律法规，切实做好车间管理工作。
第四条车间主任是铸锭车间的管理者，负责全面领导、组织、协调、监督车间各项工作。
车间主任对车间下属员工负有管理责任。
第二章生产管理第五条生产计划由生产部门制定，铸锭车间根据生产计划组织生产。
生产过程中，必须严格按照图纸要求、工艺流程进行操作。
第六条各项设备必须按照《设备操作规程》进行操作，严禁擅自改动设备参数或者停止生产。
第七条车间内各种原材料、辅料及半成品的储存、使用要符合相关要求，杜绝任何形式的浪费。
第八条车间生产过程中必须加强安全防护，严格执行《安全操作规程》，确保员工人身安全。
第三章质量管理第九条质量管理是铸锭车间的重中之重，所有员工必须严格遵守《质量管理规程》，保证产品质量。
第十条在生产过程中，严禁出现不合格品，一旦发现，需及时停止产线并进行处理。
第十一条质量检验必须严格按照标准进行，不得私自处理不合格品。
第十二条员工应当对生产过程中的质量问题和可能的质量风险进行有效控制，确保产品质量。
第四章管理制度第十三条车间管理人员必须定期组织员工进行相关安全、质量、效率方面的培训，提高员工素质和技能。
第十四条车间内严禁私设赌博、酗酒等行为，发现一次将给予严厉批评；多次发现将进行处理。
第十五条车间内必须保持整洁，设备、管道必须定期清洗，确保环境清洁卫生。
第十六条车间内的各项设备，必须进行定期检修、保养，确保设备的正常运行。
第五章处罚及奖励第十七条对于违反安全生产、质量管理规定的员工，一经发现，将根据轻重给予相应处罚，情节严重者将进行严肃处理。
第十八条对于安全生产、质量管理工作表现突出、取得优异成绩的员工，将给予相应奖励和表彰。
第十九条车间管理人员要及时发现员工在安全生产、质量管理方面的优异行为，加强员工的培训指导，帮助员工提高工作技能。
铸件宏观凝固组织的控制
北京科技大学材料科学与工程学院文献综述电磁场对铸件宏观凝固组织的控制学生姓名：_________________学号：_________________专业班级：_________________批阅教师：_________________成绩：_________________2013年5月电磁场对铸件宏观凝固组织的控制摘要：随着电磁技术的发展，电磁场在控制金属凝固、改善合金组织及性能等方面将越来越重要，电磁场在材料加工方面的应用也越来越广，到目前为止，已经出现了很多种电磁加工方法。
施加复合电磁场有如下几个优点：1)在内结晶器中施加行波搅拌磁场不但能够显著的改善铸坯的凝固组织，而且电磁搅拌力引起的金属熔体强制流动能够提高管坯的内表面以及皮下质量，解决管坯内表面不易进行铣面处理的困难。
2)在外结晶器侧放置中频约束线圈能够消除管坯内外表面的偏析瘤以及波痕等缺陷。
3)空心管坯电磁连铸凝固过程的数值模拟结果表明：单独在管坯外结晶器侧放置中频约束线圈或者单独在管坯内结晶器中放置行波搅拌磁场都容易造成凝固坯壳厚度不均匀，产生裂纹缺陷。
通过在管坯内外结晶器中施加合适的复合电磁场能够改善凝固坯壳厚度不均匀的状况，消除裂纹缺陷，而且电磁搅拌加速散热能够减小液穴深度，可以提高生产效率。
关键词：电磁制动；电磁搅拌；电磁超声波；电磁热处理；流体流动；凝固组织Abstract：With the development of electromagnetic technique，electromagnetic field plays an important role in the control of metal solidification， the betterment of structure and performance．Since now，many kinds of electromagnetic methods have been used to material processing．The following merits can be acquired by the multi-electromagnetic fields：1)The stirring magnetic field can not only improve the solidification structure of the large·diameter hollow billet but also eliminate the inclusion and blow hole flaws and improve the inner-surface quality of the hollow billet to avoid the milling of the inner·surface．2)The middle frequency magnetic field can restrain the segregation bud and ripple mark of inner and outer surface of hollow billet．3)The temperature field numerical simulation of electromagnetic continuous casting of the hollow billet shows that：Both the only medium frequency coil and the only stirring magnetic field arc easy to create the crack flaw because of the non．homogeneous of the solidification shell．The imposedmulti-electromagnetic fields can not only improve the homogeneous of solidification shell to restrain the crack flaw but also speed-up the heat dissipation to decrease the melt pool and improve the production efficiency．Key words： electromagnetic brake；electromagnetic stirring；electromagnetic ultrasonic waves； heat treatment under electromagnetic field；fluid flow；so1idification structure引言：柱状晶是晶体择优生长形成的细长晶体，比较粗大，晶界面积较小，柱状晶体排列位向一致，因而其性能也具有明显的方向性，纵向好，横向差。
第三章 铸件宏观组织及其控制
纯金属几乎得不到等轴晶。 因为纯金属晶体的游离是很困难。 由于型壁处过冷度最大，所以沿型壁方向晶 体的长大速度最快，晶体之间很快能连接起来 形成凝固壳。当一个整体的凝固壳形成后，晶 体再型壁处游离出去就很困难。
固溶体时：
在晶体与型壁交会处形成溶质的偏析，容易使 晶体与型壁的交会处产生“脖颈”。 具有脖颈的晶体不易 沿型壁连接形成 凝固壳； 在浇注过程和凝固 初期存在的对流容易 冲断脖颈，使晶体脱落并游离出去。
晶粒生成和游离的场所，也就是等轴晶生成 的起源处，随着浇注温度的降低逐渐向浇口处 转移。
上述同样的铸型，同样的99.7%铝，在680℃ 情况下浇注。
即使改变了冷铁的位置，铸件中的等轴晶区 并不象700℃那样，而是没有多大变化。
这是由于等轴晶生成的起源移动到浇道口 内壁处的原因
从这个试验结果可知，冷铁虽然对从别处生 成有利的晶粒运动到它附近时，有避免这些晶 粒再融化而消失的作用，但是，如果把它放在 希望产生晶粒生成和游离的地方，使这里的冷 却能力增大的化，则反而抑制了等轴晶的生成 和游离
如，对铝合金来说，Ti、Ni、 Fe等的偏析系数较大，易细 化晶粒； Zn、Mn等偏析系数较小， 组织难细化
前面指出，当过冷度增加到一定程度，等轴晶 的生成和游离就不发生，而在型壁上一开始就 形成了稳定的凝固壳，从而得到柱状晶。 这表示，铸型的激冷能力越大，稳定的凝固壳 形成得越快，等轴晶的生成和游离就越困难。
另外，型壁面上 的凹处使晶粒沿 着型壁面上的成 长受到阻碍，从 而使晶粒易于游 离
冷却能力较小的铸型的 型壁面上，晶粒和邻近 的晶粒接触形成凝固壳 缩需时间比起冷却能力 大水冷金属等冷却能力大的铸型，在型壁上迅速形成 稳定的凝固壳（b），在这种情况下晶粒游离的机会比a小。 一旦形成稳定的凝固壳之后，即使在那里有液体的运动， 晶粒也难以游离。
铝加工知识复习题
铝加工知识复习题一、填空：1、1030B合金主要合金元素有(Fe)、(Mn)、(Si)。
2、8011合金主要合金元素有(Fe)、(Si)。
3、铝箔主要指厚度小于（0.2mm）以下的铝加工产品。
4、代号“F”表示的物理意义是（自由加工）状态代号“O”表示的物理意义是（退火）状态代号“H”表示的物理意义是（加工硬化）状态代号“W”表示的物理意义是（固溶热处理）状态代号“T”表示的物理意义是（热处理）状态5、空调箔产品的主要缺陷（孔洞）、（擦划伤）、（油斑）、（厚度超差）、氧化腐蚀等6、衡量箔材质量好坏的主要指标有（几何尺寸）、（表面质量）、（机械性能）、（内部组织）和（物理性能）等7、铸轧卷的主要缺陷（热带）、（夹渣）、（气道）、（粘铝）、（氧化）等。
8、1***系铝合金的主要杂质是：（铁）和（硅）。
9、均匀化退火工艺制度的主要参数为(退火温度)和(保温时间),其次为(加热速度)和(冷却速度)。
10、冷轧机轧制时使用的润滑剂是（轧制油）。
11、我厂冷轧机最薄可以生产（0.05mm）的产品12、轧制油温度一般要求控制在（35～45℃）之间。
13、空调箔主要机械性能指标有（抗拉强度）、（延伸率）、（杯突值）。
14、影响空调箔产品性能的主要因素有（铸轧卷的晶粒度）、（化学成分）（加工率）、（退火工艺）。
15、铸轧卷一级品标准是工艺裂边（≤5mm）、同板差（≤0.05mm）、中凸值（≤0.05mm）。
16、铸轧带边部破裂称为（裂边）17、铸轧带卷卷取时，（层）与（层）之间无规律的串动称为串层或错层。
18、H**状态，后面的第一位数字表示（获得该状态的基本处理程序），第二位数字表示（产品的加工硬化程度）。
19、冷轧指的是（在再结晶温度以下的轧制生产方式）。
20、铝箔成品退火工艺的选择有（加热速度）、（加热温度）、（保温时间）、（冷却速度）。
21、铝箔退火的方式有（普通空气电阻炉退火）、（保护性气体退火）、（真空炉退火）。
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二，铸锭组织的控制
根据浇注条件的不同铸锭中晶区的数目及其相对厚度可以改变
在一般情况下，金属铸锭的宏观组织有三个晶区，当然这并不是说，所有铸锭或铸件的宏观组织均由三个晶区所组成，由于凝固条件的复杂性，纯金属铸锭在某些情况下有的只有柱状品区，而在另外一些情况下却只有等轴晶区，即便有三个晶区，其三个晶区所占比例也往往不同。
针对铸锭组织上述特点：
由于不同的晶区具有不同的性能，因此必须设法控制结晶条件，使性能好的晶区所占比例尽可能大，而使所不希望的晶区所占比例尽量减少以至完全消失。
塑性好的铝、铜等铸锭
例如柱状晶的特点是组织致密，性能具有方向性，缺点是存在弱面，但是这一缺点可以通过改变铸型结构如将断面的直角连接改为圆弧连接来解决，因此塑性好的铝、铜等铸锭都希望得到尽可能多的致密的柱状晶。
对于钢铁等许多材料的铸锭和大部分铸件来说
一般都希望得到尽可能多的等轴晶，提高液态金属的形核率，限制柱状晶的发展，细化晶粒成为改善铸造组织，提高铸件性能的重要途径。
柱状晶的特点以及适合钢种类：
例如柱状晶的特点是组织致密，性能具有方向性，缺点是存在弱面，但是这一缺点可以通过改变铸型结构如将断面的直角连接改为圆弧连接来解决，因此塑性好的铝、铜等铸锭都希望得到尽可能多的致密的柱状晶
弱面的问题：
可以通过改变铸型结构如将断面的直角连接改为圆弧连接来解决
影响柱状晶生长的因素主要有以下几点：
铸型的冷却能力、浇注温度与浇注速度、熔化温度
1.铸型冷却能力对柱状晶区比例的影响：
a)铸型及刚结晶的固体的导热能力越大，越有利于柱状晶的生成。
b)生产上经常采用导热性好与热容量大的铸型材料，增大铸型的厚度及降低铸型
温度等，以增大柱状晶区。
c)但是对于较小尺寸的铸件，如果铸型的冷却能力很大，以致使整个铸件都在很
大的过冷度下结晶，这时不但不能得到较大的柱状晶区，反而促进等轴晶区的发展，形核率增大。
d)如采用水冷结晶器迸行连续铸锭时，就可以使铸锭全部获得细小的等轴晶粒。
2.浇注温度与浇注速度：由图2.37可以看出，柱状晶的长度随浇注温度的提高而增加,
当浇注温度达到一定值时，可以获得完全的柱状晶区。
这是由于浇注温度或者浇注速度的提高，均将使温度梯度增大，因而有利于柱状晶区的发展。
3.熔化温度：液态金属的过热度越大，非金属夹杂物溶解的越多，非均匀性和数目越
少，从而减少了柱状晶前沿液体中形核的可能性，有利于柱状晶区的发展。
定向凝固技术以及应用举例：
●通过单向散热使整个铸件获得全部柱状晶的技术称为定向凝固技术，已应用于工业
生产中。
●例如磁性铁合金的最大导磁率方向是001方向，而柱状晶的一次轴也正好是这一
方向，所以可利用定向凝固技术来制备磁性铁合金。
又如，喷气发动机的涡轮叶片最大负荷方向是纵向，具有等轴晶组织的涡轮叶片容易沿横向晶界失效，利用定向凝固技术生产的涡轮叶片，使柱状晶的一次晶轴方向与最大负荷方向一致，从而提高涡轮叶片在高温下对塑性变形和断裂的抗力。
单晶制备技术：
为了得到更好的高温力学性能，还可利用保持小过冷度的单晶制备技术获得单晶叶片，避免高温下由晶界弱化造成的强度降低，并且其晶面和晶向可控制为最佳性能取向。