Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Направленное отверждение
Прогрессивное затвердевание

Направленное затвердевание (DS) и постепенное затвердевание - это типы затвердевания внутри отливок . Направленное затвердевание - это затвердевание, которое происходит от самого дальнего конца отливки и распространяется по направлению к литнику . Постепенное затвердевание, также известное как параллельное затвердевание , [1] - это затвердевание, которое начинается у стенок отливки и продолжается перпендикулярно от этой поверхности. [2]

Теория [ править ]

Большинство металлов и сплавов сжимаются, когда материал переходит из жидкого состояния в твердое. Следовательно, если жидкий материал не может компенсировать эту усадку, образуется дефект усадки . [3] Когда прогрессирующее затвердевание преобладает над направленным, образуется дефект усадки. [2]

Условия кристаллизации отливки.svg

Геометрическая форма полости формы имеет прямое влияние на постепенное и направленное затвердевание. В конце геометрии туннельного типа возникает расходящийся тепловой поток , из-за которого эта область отливки охлаждается быстрее, чем окружающие области; это называется конечным эффектом . Большие полости охлаждаются не так быстро, как окружающие области, потому что в них меньше теплового потока; это называется эффектом стояка . Также обратите внимание, что углы могут создавать расходящиеся или сходящиеся (также известные как горячие точки ) области теплового потока. [4]

Для того , чтобы вызвать направленное затвердевание озноб , стояки , изолирующие рукава, контроль заливки скорости и температуры заливки могут быть использованы. [5]

Направленное отверждение можно использовать как процесс очистки. Поскольку большинство примесей будут более растворимы в жидкости, чем в твердой фазе во время затвердевания, примеси будут «выталкиваться» фронтом затвердевания, в результате чего большая часть готовой отливки будет иметь более низкую концентрацию примесей, чем исходный материал, в то время как последняя затвердевший металл будет обогащен примесями. Эта последняя часть металла может быть отправлена ​​в металлолом или переработана. Пригодность направленной кристаллизации для удаления определенной примеси из определенного металла зависит от коэффициента распределения примеси в рассматриваемом металле, как описано уравнением Шейля . Направленное затвердевание (при зонной плавке) часто используется в качестве стадии очистки при производстве мультикристаллического кремния для солнечных элементов . [ необходима цитата ]

Микроструктурные эффекты [ править ]

Направленное отверждение является предпочтительным методом литья жаропрочных суперсплавов на основе никеля, которые используются в газотурбинных двигателях самолетов. Некоторые микроструктурные проблемы, такие как грубая дендритная структура, длинные боковые ответвления дендритов и пористость, не позволяют полностью раскрыть потенциал монокристаллических сплавов на основе Ni. [6] Эту морфологию можно понять, посмотрев на соотношение G / V затвердевания, где G - это градиент температуры в расплаве перед фронтом затвердевания, а V - скорость затвердевания. [7] Это соотношение должно поддерживаться в пределах диапазона, чтобы гарантировать формирование монокристалла с правильной микроструктурой крупного дендрита с боковыми ответвлениями. [8]Было обнаружено, что увеличение скорости охлаждения при затвердевании дополнительно улучшает механические свойства и срок службы монокристаллов, выращенных путем направленной кристаллизации, за счет измельчения выделений y '. [9]

При направленном росте затвердевания монокристаллов ложные зерна зарождаются, когда расплавленный металл течет в зазор между зазором между формой и затравкой и затвердевает. [10] Это катастрофично для механических свойств суперсплавов на основе никеля, таких как CMSX4, и может быть минимизировано путем сохранения допуска <001> от локальной нормали к поверхности. [11] Кроме того, диапазон осевых ориентаций в начальном блоке направленной кристаллизации должен быть минимизирован для успешного выращивания монокристалла. [12] Это сложно в зависимости от диапазона ориентации в стартовом блоке DS, и поэтому управление ориентацией требует большой фокусировки. [13]

В сплавах на основе Ti-Al пластинчатая микроструктура проявляет анизотропные свойства в ламеллярном направлении, и поэтому кинетика и ориентация ее роста являются неотъемлемой частью оптимизации ее механических свойств. [14] Выбор направленного роста затвердевания, при котором пластинчатая структура параллельна направлению роста, приведет к высокой прочности и пластичности. [15] Осаждать эту фазу еще труднее, поскольку она образуется не из жидкости, а из твердого состояния. [16] Первый способ решить эту проблему - использовать затравочный материал, который правильно ориентирован и дает зародыши новых ламелей во время обработки с той же ориентацией, что и исходный материал. [17]Он размещается перед основной массой материала, так что когда расплав затвердевает, он имеет прецедент для правильной ориентации. [18] Если семя не используется, другой метод достижения высокопрочной однослойной фазы состоит в том, чтобы ламеллярная структура была ориентирована вдоль направления роста. [19] Однако это успешно только для небольшого окна отверждения, так как его успех за счет столбчатого роста бета-фазы с последующим равноосным ростом альфа-фазы и легированием бором скомпрометирован высоким температурным градиентом охлаждение. [20]


Ссылки [ править ]

  1. ^ Стефанеску 2008 , стр. 67.
  2. ^ a b Честейн 2004 , стр. 104.
  3. ^ Кузнецов, А.В.; Сюн, М. (2002). «Зависимость образования микропористости от направления затвердевания». Международные коммуникации в тепло- и массообмене . 29 (1): 25–34. DOI : 10.1016 / S0735-1933 (01) 00321-9 .
  4. ^ Стефанеску 2008 , стр. 68.
  5. ^ Честейн 2004 , стр. 104-105, ..
  6. ^ Фу, Гэн, Hengzhi, Синго (2001). «Высокоскоростная направленная кристаллизация и ее применение в монокристаллических суперсплавах» . Наука и технология перспективных материалов . 2 (1): 197–204. Bibcode : 2001STAdM ... 2..197F . DOI : 10.1016 / S1468-6996 (01) 00049-3 .
  7. ^ Фу, Гэн, Hengzhi, Синго (2001). «Высокоскоростная направленная кристаллизация и ее применение в монокристаллических суперсплавах» . Наука и технология перспективных материалов . 2 (1): 197–204. Bibcode : 2001STAdM ... 2..197F . DOI : 10.1016 / S1468-6996 (01) 00049-3 .
  8. ^ Фу, Гэн, Hengzhi, Синго (2001). «Высокоскоростная направленная кристаллизация и ее применение в монокристаллических суперсплавах» . Наука и технология перспективных материалов . 2 (1): 197–204. Bibcode : 2001STAdM ... 2..197F . DOI : 10.1016 / S1468-6996 (01) 00049-3 .
  9. ^ Фу, Гэн, Hengzhi, Синго (2001). «Высокоскоростная направленная кристаллизация и ее применение в монокристаллических суперсплавах» . Наука и технология перспективных материалов . 2 (1): 197–204. Bibcode : 2001STAdM ... 2..197F . DOI : 10.1016 / S1468-6996 (01) 00049-3 .
  10. Перейти ↑ Yamaguchi, M (май 2000 г.). «Направленная кристаллизация сплавов на основе TiAl» . Интерметаллиды . 8 (5–6): 511–517. DOI : 10.1016 / S0966-9795 (99) 00157-0 . Дата обращения 6 марта 2020 .
  11. Перейти ↑ Yamaguchi, M (май 2000 г.). «Направленная кристаллизация сплавов на основе TiAl» . Интерметаллиды . 8 (5–6): 511–517. DOI : 10.1016 / S0966-9795 (99) 00157-0 . Дата обращения 6 марта 2020 .
  12. Перейти ↑ Yamaguchi, M (май 2000 г.). «Направленная кристаллизация сплавов на основе TiAl» . Интерметаллиды . 8 (5–6): 511–517. DOI : 10.1016 / S0966-9795 (99) 00157-0 . Дата обращения 6 марта 2020 .
  13. Перейти ↑ Yamaguchi, M (май 2000 г.). «Направленная кристаллизация сплавов на основе TiAl» . Интерметаллиды . 8 (5–6): 511–517. DOI : 10.1016 / S0966-9795 (99) 00157-0 . Дата обращения 6 марта 2020 .
  14. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .
  15. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .
  16. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .
  17. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .
  18. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .
  19. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .
  20. ↑ D'Souza, D. (ноябрь 2000 г.). «Направленное и монокристаллическое затвердевание суперсплавов на основе никеля: Часть I. Роль криволинейных изотерм в выборе зерен» (PDF) . Металлургическая и Транзакции материалов A . 31А (11): 2877–2886. Bibcode : 2000MMTA ... 31.2877D . DOI : 10.1007 / BF02830351 .

Библиография [ править ]

  • Честейн, Стивен (2004), Литье металла: руководство по литью в песчаные формы для небольшого литейного производства, Vol. II , 4 , Стивен Честейн, ISBN 978-0-9702203-3-2.
  • Стефанеску, Дору Майкл (2008), Наука и техника затвердевания отливок (2-е изд.), Springer, ISBN 978-0-387-74609-8.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Кэмпбелл, Джон (12 июня 2003 г.), Кастинги (2-е изд.), Баттерворт-Хайнеманн, ISBN 0-7506-4790-6.
  • Wlodawer, Роберт (1966), Направленное затвердевание стальных отливок , Pergamon Press.