材料制备新技术(许春香)--第一章-快速凝固技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第1章 快速凝固技术,（,a,）定向凝固,(b),体积凝固,图,1-1,两种典型的凝固方式,q1-,自液相导人凝固界面的热流密度；,q2-,自凝固界面导人固相的热流密；,Q-,铸件向铸型散热热量,第1章 快速凝固技术,图,1-2,急冷模法示意图,1-,真空出口；,2-,绝热冷却剂容器；,3-,冷却池；,4-,铜模；,5-,模穴；,6-,垫圈；,7-,基板；,8-,压紧螺帽；,9-,射入管；,10-,铝箔,第1章 快速凝固技术,()自由喷射熔液自旋工艺 ()平面流铸工艺,图1-3 自由喷射熔液自旋工艺和平面流铸工艺原理示意图,1-压力计；2-排气阀；3-坩埚；4-感应加热线圈；,5-合金液；6-金属薄带；7-淬冷辊轮；8-喷嘴,第1章 快速凝固技术,图,1-6 Kavesh,法线材快速凝固原理图,1,，,7-,导流管；,2-,喷嘴；,3-,合金液；,4-,感应加热器；,5-,稳流罩；,6-,分散器；,8-,泵,第1章 快速凝固技术,图1-7 回转水纺线法线材快速凝固原理图,1-旋转鼓；2-冷却水；3-喷嘴；4-喷射液柱；5-加热器,第1章 快速凝固技术,图,1-8,传送带法线材快速凝固原理图,1-,冷却水喷嘴；,2-,带沟槽传送带；,3-,导引带；,4-,加热器；,5-,导引鼓；,6-,坩埚；,7-,合金液；,8-,喷嘴；,9-,驱动滑轮；,10-,液流稳定器；,11-,线材；,12-,绕线机；,13-,集水箱；,14-,喷射合金熔液柱；,15-,输送泵；,16-,流量计；,17-,压缩机,第1章 快速凝固技术,图,1-9,单辊法制备快速凝固薄带原理图,1-,激冷辊；,2-,感应加热器；,3-,排气阀；,4-,压力表；,5-,带材,第1章 快速凝固技术,图,1-10,单辊法制备复合带材,1-,单辊；,2,、,5-,合金液；,3,、,4-,坩埚；,6-,感应加热器；,7-,复合薄带,第1章 快速凝固技术,图,1-11,非晶合金带材生产线示意图,1-,熔化、保温炉,;2-,中间包,;3-,喷嘴,;4-,单辊,直径约,2000mm;5-,厚度测量装置,第1章 快速凝固技术,图,1-12,双辊法快速凝固原理图,l-,带材；,2-,合金液流；,3-,加热器；,4-,坩埚；,5-,喷嘴；,6-,双辊,第1章 快速凝固技术,（,a,）平行,(b),倾斜,(c),凸面,(d),凹面,图,1-13,两辊的平行度对带材质量的影响,第1章 快速凝固技术,图1-14 双辊法制备带材快速凝固模型,第1章 快速凝固技术,图,1-15,双辊法制备复合薄带,1,、,2-,冷却辊；,3-,基带；,4-,喷嘴；,5-,合金熔液,第1章 快速凝固技术,图1-16 溢流法快速凝固原理图,第1章 快速凝固技术,图,1-17,溢流法制备复合带材,1-,复合层；,2-,基带；,3-,激冷辊；,4-,合金液；,l,，,5-,合金液；,2,，,6-,冷却长度,第1章 快速凝固技术,图,1-18,喷射沉积法原理图,1-,沉积室；,2-,基板；,3-,喷射粒子流；,4-,气体雾化室；,5-,合金液；,6-,坩埚；,7-,雾化气体；,8-,沉积体；,9-,运动机构；,10-,排气及取料室,第1章 快速凝固技术,图,1-19,喷射沉积法制备坯材,1-,感应加热坩埚；,2-,喷嘴；,3-,圆柱沉积坯；,4-,沉积室；,5-,排气管；,6-,循环分离器,第1章 快速凝固技术,图1-20 大块非晶形成临界冷却速度Vcc、最大厚度tmax 和,比玻璃化温度Trg之间的关系,第1章 快速凝固技术,图1-21 单向熔化法示意图,第1章 快速凝固技术,图1-22 连续铸轧示意图,第1章 快速凝固技术,图1-23 分步冷却连续铸造法示意图,表,1-1,不同雾化工艺的凝固速率和粉末质量比较,工艺,粉末粒度,/m,平均粒度,/m,冷却速,率,/（K/s）,包裹气体,粉末质量,亚音速雾化,超音速雾化,旋转电机,雾,化,离心雾化,气体溶解雾化,1,500,1,250,100,600,1,500,1,500,50,70,20,200,70,80,40,70,10,0,10,2,10,4,10,5,10,10,5,10,2,有,无,无,无,无,球形,有卫星,球形，卫星很少,球形，有卫,星,球形，卫星很少,不规则，有卫星,表,1-2,回转水纺线法制备的非晶丝及其力学性能。（细丝直径,100,160m,）,成分（原子数分数）,/%,抗拉强度,b,/MPa,伸长率,/%,维氏硬度,HV,/DPM,弹性模量,E,/MPa,Pd,77.5,Cu,6,Si,16.5,1570,2.5,380,0.910,5,(Co,0.95,Ta,0.05,),72.5,Si,12.5,B,15,4000,(Ni,0.6,Pd,0.4,),82,Si,18,1710,2.0,Fe,77.5,P,12.5,C,10,2800,2.8,800,0.9810,5,Cu,60,Zr,40,1810,2.7,440,Co,72.5,Si,12.5,B,15,3400,3.0,1100,1,.210,5,(Cu,0.6,Zr,0.4,),95,Nb,5,2100,2.4,460,(Ni,0.4,Pd,0.6,),80,P,20,1440,2.2,表,1-3,非晶、纳米晶软磁合金带材的主要性能及应用领域,性能,非晶、纳米晶软磁合金带材,铁基,铁镍基,钴基,铁基纳米晶,s,/T,1.6,0.7,1.4,0.55,0.8,1.25,S,(20,30)10,-6,(10,20)10,-6,约,0,(1,2)10,-6,T,C,/K,673,523,703,583,773,H,C,/(A.m,-1,),8,4.5,1.2,2,m,(1,20)10,4,(1,80)10,4,(1,100)10,4,(1,50)10,4,B,r,/B,s,0.05,0.90,0.1,0.85,0.05,0.95,0.1,0.90,应用,配电变压器，中频变压器,漏电保护开关，电流互感器,磁放大器，高频变压器，扼流圈，脉冲变压器，饱和电抗器,磁放大器，高频变压器，扼流圈，脉冲变压器，饱和电抗器,表,1-4,采用喷射沉积法制备的近终形制件,产品,合金系统,产品,合金系统,管状制件,圆管,轧辊,衬套,汽轮机套,轴承套,不锈钢及高温合金,铸铁及高合金钢,铝合金,高温合金,高速钢,平板键,带钢,有色合金带,盔甲板材,涂层,涂覆管材,包层棒材,涂覆带材及板材,棒、坯件,挤压坯,锻坯,圆棒,铝合金及复合材料,高温材料,高合金钢,涂层,涂覆管材,包层棒材,涂覆带材及板材,锅炉管,不锈钢及工具钢,耐磨板及轴承合金,第,1,章 快速凝固技术,热流密度,q,1,和,q,2,与结晶潜热释放率之间满足,热平衡方程,:,（,1-1,）,根据傅里叶导热定律知,（,1-2,）,（,1-3,）,而,（,1-4,）,式中,L,S,分别为液相和固相的导热,率,G,TL,G,TS,分别为凝固界面附近液和固相,中的温度梯度；h为结晶潜热，也称为,凝固潜热；V,S,为凝固速度；,S,为固密度,。,将式（,1-2,）至式（,1-4,）带入式（,1-1,）,则可求得凝固速度为：,（,1-5,）,(1-6),式中,Q,1,为铸型吸收的热量,;Q,2,为铸件降温释,放的物理热,;Q,3,为凝固过程放出的结晶潜热；,Q,1,，Q,2,，Q,3,可如下求出,式中，A为铸型与铸件的界面面积；q为界面热流,密度；V,C,为冷却速度，为负值；V,SV,为体积凝,固速度，；V为铸件体积；h为结晶潜,热；,S,、,L,、,分别为固相密度、液相密度及平,均密度；C,S,、C,L,分别为固相、液相的质量热容；,分别为固相体积分数和液相体积分数。,(1-7),(1-8),(1-9),近似取,并且已,知 ，则由式（,1-6,）至式（,1-9,）可,得出,:,(1-10),（,1-11,）,（,1-12,）,式中，为铸件模数。,对凝固层内的温度分布作线性相似得,式中，为凝固层厚度；,T,K,为液固界面温,度；,T,i,为铸件与铸型界面温度。,（,1-14,）,过冷度为,h,s,的熔体在凝固过程中导出的实际,潜热,h,可表示为,为角度，,为双辊旋转角速度，为,合金熔液在双辊之间快速凝固的时间。,(1-13),