快速凝固技术给高温合金领域带来更多的优势，使其 产品偏析减少，弥散相稳定，抗氧化性能提高，有利于扩 展合金的应用范围。
此外，快速凝固技术在铜基合金、贵金属合金、磁性 材料等方面都有应用并能发挥其技术优势
非晶态金属材料是快速凝固技术应用的成功实例，它 不仅具有特殊的力学性能，如表2-1所示，同时也可获得 特殊的物理和化学性能，如超导特性、软磁特性及耐腐蚀 特性。
得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结 构的过程。
对于快速凝固过程，采用适当的假设和边界条件 解热平衡方程式，可求解冷却速度。也可采用热电偶 和示波器实测，或者通过测量试样的枝状晶二次枝间 距和共晶层间距，求出凝固速度，再运用凝固速度和 冷却速度的关系式求出冷却速度。
2. 快速凝固组织的特征
薄板坯连铸已获得工业应用，典型产品厚度为60mm 而常规板坯的典型厚度为200mm，带坯连铸(铸轧)也开 始了工业应用，其产品厚度为0.5-3mm。
例如，非晶合金取代硅钢片制作变压器可使其内耗大 为减小，解决了变压器在特殊条件下使用时的发热问题。 大块非晶合金的研究为非晶态金属材料开辟了更为广泛的 应用前景。非晶态金属材料已成为材料科学研究的前沿领 域之一。
表2．1 非晶态金属的一些力学性能
力学性能 强度 弹性 塑性
韧性 温度效应
疲劳 断裂
表现
新的凝固组织包括凝固组织的微细化、过饱和固溶体 和非晶相的出现等。
凝固组织越微细，得到高强度和超塑性材料的可能性 就越大，也有可能通过再结晶来制备单晶材料。
过饱和固溶体结构可得到高强度材料，并且可通过热 处理获得各种性质的材料。
非晶材料具有优异的电磁性能、耐腐蚀性能、强度和 触媒性能等特点。
铝合金，采用快速凝固技术可使A1-Li合金中的锂含量增 加，合金的密度可大幅度降低。特别是在Al-Li合金中加入 适量的铍，则其用途更为可贵，由于密度进一步降低，可 用于制造战斗机的翅膀上盖。
钛合金，如Ti-6Al-4V带来好处。其晶粒细化和相的变化 能改善合金的疲劳性能。
镁合金是低密度的结构金属，但其强度较低，用途受到限 制。采用快速凝固技术可使其具有细化组织和亚稳定相， 从而改善其力学性能，在某些情况下可代替铝合金。
采用快速凝固粉末制备工具钢，可细化碳化物并消除 其宏观偏析，并可提高合金含量，因而可提高其工艺性能 和使用性能。
中等铸件的冷却速度约为10K／s，
特薄压铸件的冷却速度可达102K／s，
更高的冷却速度则要采用特殊的快速凝固技术来获 得，快速凝固过程的冷却速度可高达106～109K／s 。
快速冷却可产生过冷，冷却速度越快，过冷度越大。
从热力学角度看，过冷度越大，产生各种亚稳定相的 可能性就越大。当然，过冷并非只能通过快速冷却得到， 通过抑制凝固过程的形核，也可使台金熔液获得很大的过 冷度。
过冷度越大，晶体的生长速度也越快。
合金平衡凝固时，要通过扩散来实现溶质的再分配， 而当晶体成长速度增大后，溶质来不及移动，故不能实现 平衡凝固；同时，根据固-液界面稳定性理论，晶体成长 速度足够快时，固-液界面将保持平滑。这些都预示着快 速凝固可消除微观偏析。总之，快速凝固可得到新的凝固 组织。
快速凝固的定义： 由液相到固相的相变过程进行得非常快，从而获
增大而使晶粒细化。随着冷却速度的增大，晶粒尺寸减小， 可获得微晶乃至纳米晶。 ④ 析出相的结构发生变化
大的冷却速度可使析出相的结构发生变化。某些相同 成分的合金在不同冷却速度下可获得完全不同的组织。 ⑤ 形成非晶态
当过冷度极大时，结晶过程将被完全抑制，从而获得 非晶态的固体。
3. 快速凝固的用途
快速凝固的用途主要有以下几个方面。 ① 获得新的凝固组织，开发新材料
液态合金——常规凝固——晶体材料 液态合金——快速凝固——过饱和固溶体、非平衡晶 体、非晶体
20世纪70年代出现了用快速凝固技术处理的晶态材 料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的 快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发与应 用取得重大进展。
目前，快速凝固技术已成为冶金工艺学和金属材料 学的一个重要分支。
快速凝固技术既是研究开发新材料的手段，也是新 材料生产方法的基础，同时还是提高产品质量、降低生产 成本的好途径。
1. 快速冷却与快速凝固
通常以冷却速度来表征快速冷却的程度。 冷却速度在整个温度域并非定值，因此要注意其温 度范围。常采用凝固即将开始时的数值，或固液相共存 区的平均值。 大型铸件的冷却速度约为10－3～10-1K／s，
第2章 快速凝固
§2.1 概述
快速凝固的概念和技术，源于20世纪60年代初Dwez 等人的研究，他们发现某些共晶合金在平衡条件下本应生 成双相混合物，但当液态合金以足够快的冷却速度凝固(合 金熔液滴被气体喷向冷却板)时，则可能生成过饱和固溶体、 非平衡晶体，更进一步能生成非晶体。而且由此发现一些 材料具有超常的性能，如电磁、电热、强度和塑性等方面 的性能，出现了用于电工、电子等方面的非晶材料。
② 制备难加工材料薄带、细小线材和块体材料
例如，超合金和Cu-10％Sn青铜等热加工性能差(易 产生龟裂)的材料，通过快速冷却减少偏析，细化组织， 就可提高变形性能，实现热加工；又如温度保险丝用PbBi共晶合金等细线强度低，拔丝困难，可采用旋转水纺线 法制备。
③ 简化制备工序，实现近终形(near net shape)成形
高于任何结晶态金属，略低于晶须
弹性模量比晶化的低，泊松比较高(约0.4) T≤Tg时，表现为弹性-塑性固体，T≥Tg时，表现为均匀 的粘滞性流变
(Tg：玻璃态转变温度) 在高强度的同时有较高的韧性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
强度有明显的温度依赖性，在Tg附近有显著的软化现象 存在疲劳极限，疲劳比值约0.35 在一般剪切断口上可观察到尺寸比较大的剪切带
快速凝固条件下凝固过程的特征主要表现在以下几个 方面。
① 偏析形成倾向减小
随着凝固速度的增大，溶质的分配系数将偏离平衡， 实际溶质分配系数总是随着凝固速度的增大趋近于l。偏 析倾向减小。
② 形成非平衡相
在快速凝固条件下，平衡相的析出被抑制，常析出非 平衡的亚稳定相。
③ 细化凝固组织 大的冷却速度不仅可细化枝晶，而且由于形核速度的