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6.1.2 柱状晶区的形成
o 在表面细等轴晶区内，生长方向（立方金属为<100>）与散热方 向平行的晶粒优先长大，而与散热方向不平行的晶粒则被压抑。 使愈往铸锭内部晶粒数目愈少，优先生长的晶粒最后单向生长并 互相接触而形成柱状晶区。如图6-2。 o 柱状晶区是在单向导热及顺序凝固条件下形成的。
o 固／液界面前沿温度梯度大，凝固区窄，从界面上脱落的枝晶易 于被完全熔比。
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枝晶的熔断及游离
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枝晶的熔断及游离
• 枝晶熔断现象在无对流的情况下也可发生。由于杖晶缩颈处表面 张力大，熔点较低， 在固／液两相共存温度下保温，该处有可 能被熔断，此即等温粗化模型2所示情况(见图5－9)。此外，强烈 过冷形成的细小枝晶，在结晶潜热作用下，将会被熔断而形成极 细小的粒状晶。在上述两种情况下，如有对流存在，则更易形成 等轴晶。
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6.1.2 柱状晶区的形成
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柱状晶区的影响因素
o 凡能阻止晶体脱离模壁和在固／液界面前沿形核
的因素， 均有利于扩大柱状晶区。如模壁导热性 好，激冷作用强，易形成稳定的凝壳，则柱状晶 发达。合金化程度低，溶质偏斩系数小，成分过 冷弱， 晶拉或枝晶根部不易形成缩颈而被熔断， 也较易于获得挂状晶。
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6.1.1 表面细等轴晶区的形成
o 传统的理论认为，当过热金属浇入锭模时，与模壁接触的一层液 体受到强烈激冷，产生极大过冷，并由于模壁的形核作用，因而 在模壁附近的过冷液体中大量生核，并同时生长成柱状细等轴晶。 o 液体金属的对流对表面细等轴晶区的形成有决定性的影响。 o 浇注时流柱引起的动量对流，液体内外温差引起的热对流，以及 由对流引起的温度起伏，均可促使模壁上形成的晶核粒脱落和游 离，增加凝固区内的晶核数目，因而形成了表面细等轴晶区。但 是，如果无对流，即使有强烈的激冷， 也不一定形成细等轴晶 区。
• 表面细等轴晶的游离
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6.1.3 中心等轴晶区的形成
•
需要指出的是，凝固初期在模壁附近形成的晶体，由于其 比重大于或小于液体比重，也会产生对流(图6－6)，晶体 被卷入铸锭中心，然后长大成等轴晶。
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枝晶的熔断及游离
上图所示，枝晶长大 时，在其周围会形成溶 质偏析层，因而抑制枝 晶生长；由于此偏析层 很薄，枝晶一旦穿过该 偏析层，就会迅速生长 变粗，在偏析层内留下 缩颈。这种带缩颈的枝 晶，在对流作用下易被 熔断，其碎块游离至铸 锭中心，在温度较低的 情况下，长成为中心等 轴晶。
柱状晶区的影响因素
o 提高浇温游离晶重熔的
可能性增大，故有利于 扩大柱状晶区，见图6 － 3a 。但浇温提高延长 了形成稳定凝壳的时间， 温度起伏大，故也有利 于等轴晶的形成。所以， 随着挠温的提高柱状晶 区变宽，等轴晶极大， 如图6—4所示。
(6-3a)
(6-4)
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柱状晶区的影响因素
o 合金凝固时，由于熔质偏析产生成分过冷，促进晶体根部颈缩及 脱落，使固/液界面的前沿晶核增殖， 不利于获得柱状晶，故随 合金含量提高．柱状晶区变窄，见图6－3b 。
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柱状晶区的影响因素
o 合金凝固时，如在固 / 液界面前沿能始终保持较大的温度梯度，则 柱状晶区可延伸至铸锭中心，直至与由对面模壁生长过来的柱状晶 相遇为止，如图6-5。
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金属液内对流的影响：
o 对流的冲刷作用以及对流造成的温度起伏，会促使晶体脱落及游 离，利于等铀晶的形成。反之，如能抑制金属液内的对流，则可 促进柱状晶的形成。 o 施加稳定磁场，可消弱或抑制金属液内部的对流，阻止晶体的游 离，有利于得到柱状晶； o 沿一个方向恒速旋转锭模；
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6.1.1 表面细等轴晶区的形成
o 表面细等轴区的宽窄与浇注工艺、模温及模壁的导热能力、合金 成分等因素有关。
o 浇温高，显热的散失使模温迅速升高，形成稳定晶核数减少。脱 离模壁的晶粒少或易于被完全重溶，因而表面等轴晶区窄。 o 当模壁激冷作用过强时，细等轴晶区也变窄甚至消失。
o 合金中元素含量较高时，晶粒或枝晶根部易形成缩刭而游离，细 等轴晶区变宽。
o 定向凝固，关键是保证单向导热，保持较大的温度梯度和较小的 凝固速度。
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金属液内对流的影响：
• 柱状晶的加工性能较差，因此用于加工变形的铸锭，应减少柱状 晶。
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6.1.3 中心等轴晶区的形成
• (1) 等轴晶晶核的来源 均质生核形成中心等轴晶区：中心等轴晶区是在柱状晶区包 围的残余液体中，同时过冷生核而形成的。从热力学观点看， 均质生核需要较大的过冷度，这在一般铸锭条件下是难以满 足的。因此，均质生接形成中心等驯品区的观点早已被否定。 成分过冷引起中心非均质生核：当出现成分过冷时， 由于固 /液界面处过冷度最小，柱状晶生长被抑制，而界面前沿过冷 度较大的地方，利于非均质生核而形成等轴晶区。
(2)
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6.1.3 中心等轴晶区形成
公认的形成中心等轴晶区的方式有三种，即： • 表面细等轴晶的游离； • 枝晶的熔断及游离； • 波面或凝完L晶体的沉积。 • 凝固初期在模劈附近形成的晶体，由于其比重大于或小于液体比 重，也会产生对流，晶体被卷入铸锭中心，然后长大成等轴晶。
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6.1.3 中心等轴晶区的形成
铸锭晶粒组织及其细化
6.1 铸锭正常晶粒组织 6.2 铸锭异常晶粒组织 6.3 晶粒细化技术
6.1 铸锭正常晶粒组织
o 铁模铸锭的晶粒组织常由三个区域组成： o 表面细等轴晶区（激冷晶区） o 柱状晶区 o 中心等轴晶区
图 6-1 具有三个晶区的铸锭 晶粒组织示意图
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6.1 铸锭正常晶粒组织
o 并非所有铸锭晶粒组织都是由上述三个晶区组成的。如在不锈钢 铸锭中，往往全部是柱状晶，没有中心等轴晶区，而经细化处理 的铝合金铸锭中，往往全部为等轴晶，没有柱状晶区。 o 即使铸锭具有上述三种晶区，但各自的宽窄也会因合金、铸锭方 法和工艺的不问而不同。 o 在同一铸锭条件下，纯金属多形成柱状晶， 合金则常形成粗等 轴品。 o 对于同一合金，用冷却强度大的连铸方法，易于形成细长柱状晶， 用铁模铸锭时可得到粗等轴晶或柱状晶。
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枝晶的熔断及游离
枝晶根部形成缩颈 后逐渐熔化及游离。