鋁合金熔煉及鑄軋基礎(chǔ)知識(shí)

1、鋁合金的熔煉及鑄軋一、超級(jí)鋁二、金屬的凝固三、鋁合金熔煉四、鋁合金鑄軋主要內(nèi)容一、超級(jí)鋁 1.1 超級(jí)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 合金特征 （1）超凈 a 無(wú)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 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

2、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(dòng)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/外在質(zhì)量凝固過(guò)程金屬凝固過(guò)程基本理論金屬凝固過(guò)程基本規(guī)律經(jīng)過(guò) 影響研究 掌握 控制 2

3、.5 形核1.液-固相變驅(qū)動(dòng)力圖3.2 液-固體積自由能的變化(式中：Hm固-液焓變,結(jié)晶潛熱L = Hm ）Tm及Hm對(duì)一特定金屬或合金為定值，所以過(guò)冷度T是影響相變驅(qū)動(dòng)力的決定因素。過(guò)冷度T 越大，凝固相變驅(qū)動(dòng)力GV 越大。均質(zhì)形核 ：形核前液相金屬或合金中無(wú)外來(lái)固相質(zhì)點(diǎn)而從液相自身發(fā)生形核的過(guò)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(gè)邊長(zhǎng)為103個(gè)原子的立方體的微小雜質(zhì)顆粒）。異質(zhì)形核：依靠外來(lái)質(zhì)點(diǎn)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行生核過(guò)程，亦稱“非均質(zhì)形核”或“非自發(fā)形核”。2.形核類型圖3.4 液相中形成球形晶胚時(shí)自由

4、能變化2-1均質(zhì)形核 令： 得臨界晶核半徑 r*： 形核功： r* 與T 成反比，即過(guò)冷度T 越大，r* 越??； G*與T2成反比，過(guò)冷度T 越大，G* 越小。 臨界晶核的表面能為： 即：臨界形核功G*的大小為臨界晶核表面能的三分之一， 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(guò)冷條件下克服這部分能量，才能克服能量障礙。因此，均質(zhì)形核的過(guò)程在過(guò)冷條件下借助 “能量起伏” 形成新相晶核的過(guò)程。形核功為：所以：02-2 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

5、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(guò)冷度T*比均質(zhì)形核臨界過(guò)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(rùn)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： 得到類似于均質(zhì)形核的系統(tǒng)自由能變化曲線（見下圖），曲線有一最大值，該值對(duì)應(yīng)的半徑用 表示，稱為異質(zhì)形核的臨界晶核半徑。均質(zhì)和異質(zhì)形核功圖異質(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(rùn)濕角 與均質(zhì)形核無(wú)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(rùn)濕能力越好，則 越小，固相的曲率半徑即球徑越大，換句話說(shuō)，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(guò)冷度下就能形核。 令 ，得異質(zhì)形核的臨界晶核半徑：當(dāng) 部分潤(rùn)濕 ，則當(dāng) 完全潤(rùn)濕 ，則一般情況下，質(zhì)點(diǎn)（c）與新相（s）或多或少潤(rùn)濕，即，這時(shí)總存在：同理可推導(dǎo)得異質(zhì)形核的形核功： 當(dāng) 完全不潤(rùn)濕