在液相中造成很大的微区富集而迫使结 晶相提前弥散析出而生核
通过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶 分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。
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合金种类 碳钢及合金钢
孕育剂主要组元 Ti
加入量wt% 0.1~0.2
加入方法
V
0.06~0.30
铁合金
铸铁 铝合金 过共晶Al-Si合金
从而促进熔体生核和晶粒游离。小的温度梯度GL和高 的冷却速度R可以满足以上要求。但就铸型的冷却能力 而言，除薄壁铸件外，这二者不可兼得。
对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力的铸型。
对厚壁铸件，一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶 的形成，再辅以其他晶粒细化措施以得到满意的效果。 悬浮浇注法可同时满足小的GL与高的R的要求。
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第二节 表面激冷区及柱状晶区的形成
一、 表面激冷区的形成 二、 柱状晶区的形成
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一、表面激冷区的形成
形成机理:
1)型一壁旦强型烈壁的附激冷近作的用晶，粒产互生很相大连的结过而冷 构成度稳而定大量的非凝均固质壳生层核;，凝固将转为 柱2)各状种晶形区式由的外晶粒向游内离的也生是长形成，表表面面细激等
论 三、 枝晶熔断及结晶雨理论 四.单个等轴晶形成过程的动态演示 8
一、“成分过冷”理论
该理论认为，随着凝固层向内 推移，固相散热能力逐渐削弱， 内部温度梯度趋于平缓，且液相 中的溶质原子越来越富集，从而 使界面前方成分过冷逐渐增大。 当成分过冷大到足以发生非均质 生核时，便导致内部等轴晶的形 成。
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料斗 离心集液包
直浇道
悬浮浇注用涡流导入法的浇注系统
悬浮浇注法是在浇注
过程中将一定量的 固态金属颗粒加 入到金属液中，从
而改变金属液凝固过 程，达到细化组织、 减小偏析、减小铸造 应力的目的的一种工 艺方法。
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二、孕育处理
孕育处理( Inoculation) : 是浇注之前或浇注过程中向液态金 属中添加少量物质以达到细化晶粒、改善宏观组织目的的一 种工艺方法。 孕育主要是影响生核过程, 促进非自发形核以细化晶粒；促进 晶粒游离,细化晶粒.
减轻金属对模具的热 冲其固击态，晶提体高随压搅铸拌转模速具的 的增加寿趋命于，细扩小大而黑圆整色，金机 属械性压能铸显的著应提用高范。 围。
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传统铸造a）和流变铸造b）所获得的显微组织
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晶的残存与增殖的各种因素都将抑制柱状晶区的形成和
发
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一、合理地控制浇注工艺和冷却条件 二、孕育处理 三、动力学细化
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（1）浇注工艺控制 （2）冷却条件的控制
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浇注温度
合理的浇注工艺
合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得 及细化等轴晶的有效措施。但过低的浇 注温度将降低液态金属的流动性，导致 浇不足和冷隔等缺陷的产生。
内部等轴晶区， 晶粒较为粗大;
2
几种不同类型的铸件宏观组织示意图 （a）只有柱状晶;（b）表面细等轴晶加柱状晶;（c）三个晶区都有;（d）只有等轴晶
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大柱多状数晶工业的应特用点情是况各下向，异希望性铸，件对宏于观诸组如织磁获得性
各向同性的等轴细晶粒组织。为此，应创造条件
材抑料制、晶发体的动柱机状和长螺大旋，浆而叶促使片内等部这等些轴强晶调的单形成方 向和性等能轴的晶细情化况。，采用定向凝固获得全部柱状 晶就的断零裂件而论反，而裂更纹具最优易点沿。晶界扩展(特别是存在着 溶质如质聚何及积在杂 严质 重技偏 ，术析造上时成有强)。效度柱地、状控塑晶性制相、铸碰韧的件性地的在带宏柱溶观状质组晶及的织杂 十横分向重方要向大。幅因度此下有降必，要对学热裂习敏各感晶，区腐组蚀织介的质中形 成易机成理为。集中的腐蚀通道。
铜合金 镍基高温合金
Zr, Zr+B, Zr+Mg, Zr+Mg+Fe+P
WC, NbC
0.02~0.04
纯金属或中间合金 碳化物粉末
表5-1 合金常用孕育剂的主要元素情况
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孕育衰退（孕育效果逐渐减弱）
孕孕育育剂衰加退入: 几合乎金所液有后的要孕经育历剂一都个有孕在育孕期育和处衰理退后期一。 段在时孕间育出期现内孕，育作衰为退孕现育象剂. 的中间合金的某些组分完 成影熔响化孕过育程效，果或的与因合素金: 液孕反育应剂生的成种化类合(成物分，)和起孕细育化
的形成。因此柱状晶区的存在与否 晶凝固层某些晶粒为基底向内生
及宽窄程度取决于上述两个因素综 长合,发作展用成的由结外果向。内如生果长在的凝柱固状初晶期就 区使。得枝内晶部主产干生取等向轴与晶热的流晶方核向，平将会
有效地抑制柱状晶的形成。 行的枝晶生长迅速,择优生长。
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第三节 内部等轴晶的形成机理
一、“成分过冷”理论 二、激冷等轴晶型壁脱落与游离理
B Si-Fe， Ca, Ba, Sr
Ti, Zr , Ti+B, Ti+C
P
0.005~0.01
0.1~1.0， 与Si-Fe复合
Ti:0.15; Zr:0.2； 复合:Ti0.01 B或C0.05;
≥0.02
铁合金
Al-Ti, Al-Zr,Al-Ti-B, Al-Ti-C中间合金
Al-P，Cu-P，Fe-P 中间合金
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3．液相搅拌
采连铸用过机程械采搅用拌电磁、搅电拌磁的搅主拌要作或用气是泡提搅高拌连铸均坯可的造质成量液，例相如相去对除固夹相杂物的、 运消铸动除坯皮以，下及引气浇起泡铸枝、质晶减量轻要的中求折心较断偏高、析 时破，、电提碎磁高与搅连增拌铸殖技坯，术的便等达成轴到为晶细首率化选。晶。在浇粒铸的断目面的较。大的
轴晶的“晶核”来源。
冷生细长形晶态粒: 区将不再发展。因此稳定
的这凝些晶固核壳在层过形冷成熔体得中越采早取，枝表晶方面式细生晶
长，由于其Leabharlann 晶潜热既可从型壁导出，也粒可区向过向冷柱熔状体晶中区散失转，变从得而也形就成了越无快方，向 表性面的表激面冷细区等也轴就晶组越织窄。。
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二、柱状晶区的形成
形柱成状机晶理区: 凝大固小壳: 开层始一于旦稳形定成凝，固造壳 成层单的向产的生散，热而条结件束,由于表内面部细等等轴轴晶区
第七章 铸件宏观组织的控制机理 及方法
一、铸件的宏观组织构成 二、表面激冷区及柱状晶区的形成 三、 内部等轴晶的形成机理 四、 铸件宏观结晶组织的控制
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一、 铸件的宏观组织构成
内部等轴晶区 表层急冷晶区
1.表面激冷细晶 区，晶粒细小均 匀
2.柱状晶区，晶 粒垂直于型壁排 列，平行于热流 方向.
中间柱状晶区
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等轴晶
等轴晶
不锈钢筛网
a) 7500C水淬,摇动
b) 在坩埚中置一不锈钢筛网
大野笃美的实验
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二、激冷等轴晶型壁脱落与游离理论
在浇注的过程中及 凝固的初期激冷,等 轴晶自型壁脱落与 游离促使等轴晶形 成, 浇注温度低可 以使柱状晶区变窄 而扩大等轴晶区 。
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为什么纯金属几乎得不到等轴晶而溶 质浓度大的合金容易得到等轴晶呢?
图5-5 型壁处形成的激冷晶向铸件内部的游离 a) 晶体密度比熔体小的情况; b) 晶体密度比熔体大的情况
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溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有 “脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固 壳, 另一方面，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。
作用处的理异工质艺固。相颗粒均匀分布并与合金液充分润湿， 逐渐达到最佳的细化效果。
1)处理温度: 一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育
剂当均细匀化散开效的果前达提到下最，佳应尽值量时降浇低注处是理最温度理。想的，随合金 熔化温度和孕育剂种类的不同，达到最佳细化效果
2)时间:尽可能缩短孕育处理与浇注之间的时间(瞬时孕育);
各向同性，多方向生长 各向异性，四向生长 各向异性，六向生长 各向异性，双核生长
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第四节 铸件宏观结晶组织的控 制
铸件中各晶区的相对大小、晶粒的形态和粗细是由 以下两个方面的因素决定:
1)过冷熔体独立生核的能力
2)各种形式晶粒游离、增殖或重熔的程度
凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，以及有助于游 离
变质处理（Modification）: 则是改变晶体的生长机理，从而 影响晶体形貌。 变质在改变共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的应 用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法。
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孕育剂作用机理的两类观点
孕育剂含有直接作为非自发生核的物质
孕育主要起非 自发形核作用
孕育剂能与液相中某些元素反应生成较 稳定的化合物而产生非自发生核
浇注方式
通过改变浇注方式强化对流对型壁激 冷晶的冲刷作用，能有效地促进细等 轴晶的形成。但必须注意不要因此而 引起大量气体和夹杂的卷入而导致铸 件产生相应的缺陷。
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铸型中间浇注
单孔上注
沿型壁六孔浇注
图5-8 不同浇注方法引起不同的铸件凝固组织
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冷却条件的控制
控制冷却条件的目的是形成宽的凝固区域和获得大的过冷，
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4．流变铸造
这流种变细铸小造圆又整称的半固半态固铸 态造，金这属种浆方液法由是于当液具体有金 较属凝好固的达流50动～性60而％时容，易在 成氩气形保。护因下为进它行高的速温搅度拌， 远使金低属于成液为相半线固温态浆度液，， 所以对于黑色金属的
将半固态浆液凝固成坯料
压铸件来说，能大大
或挤压至铸型凝固成形。
振动还可引起局部的温度起伏，有利于枝晶熔断。 振动铸型可促使“晶雨”的形成。
立式离心铸造机
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2．超声波振动
超声波振动可在液相中产生空化作用， 形成空隙，当这些空隙崩溃时，液体迅速 补充，液体流动的动量很大，产生很高的 压力。当压力增加时凝固的合金熔点温度 也要增加，从而提高了凝固过冷度，造成 形核率的提高，使晶粒细化。