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实验三

浇注条件对铸锭组织的影响

一、实验目的

1．了解铸锭组织特征。

2．研究不同浇注条件下对铸锭组织的影响。

二、实验说明 液态金属在凝固过程中，由于不同的结晶条件，导致不同的组织形貌。典型金属铸锭组织的截面由三个晶区所组成：

（1）表层细晶区：由细小等轴晶粒构成。 （2）柱状晶区：由垂直于模壁层柱状晶构成。 （3）中心等轴晶区： 由粗大等轴晶构成。

但在实际情况下，三晶区的相对量及晶粒大小，随浇注条件的不同而不同。表层细晶区由于很薄，对铸锭性能影响不大，可忽略不计。次表层的柱状晶区组织致密，但在柱状晶交界处，聚集着低熔点夹杂，形成脆弱的结合面，轧制时易在此开裂，所以对于杂质多、塑性差的金属，不希望得到柱状晶，单纯度高、塑性好的金属则无害。中心粗大的等轴晶区组织不够致密易导致铸锭疏松。

根据不同的需要，可通过改变浇注条件来控制三晶区的大小和细化晶粒。晶粒细化的基本途径是形成足够数量的晶核及限制晶核的长大。

1．改变铸模的冷却能力

增加铸锭冷却能力，提高温度梯度，可加速柱状晶区的发展。但以极快的速度冷却（如水冷模壁）而铸模体积又很小时，可获得全部的细小等轴晶，但此受到铸锭尺寸的限制；如果降低铸锭的冷却能力，减小温度梯度，则有利于中心等轴晶的长大。

2．改变形核条件

在液态金属中加入变质剂，，增加非均匀形核的核心，可使中心等轴晶区扩大并使晶粒细化；采用过热方法，将液态金属中难溶质点的“活性”去除，导致非均匀性核的核心数目减少，可获得较粗大的柱状晶区。

3．改变液态金属的结晶组织

用电磁搅拌、机械振动、加压浇注等方法，加强液态金属在铸模中的运动冲碎已生长的晶粒以形成更多的晶核而使晶粒细化。

三、实验内容及步骤

1．将铝块放入坩埚炉内，在电炉或马弗炉内加热溶化。

2．加热到表中给定的浇注温度后，用钳子把坩埚取处，迅速浇注到铸模内。

3．将冷却的铝锭取出水冷至室温，铸出表3-1中给定条件下的铝锭（铸模尺寸：内径30mm，高100mm），并打上记号。

4．将铝锭用虎钳钳住，用锯子沿纵轴和横轴锯开，再用锉刀锉平，按上表编号；对断面用280号、320号砂纸磨光，用水冲洗，酒精擦洗吹干。

5．将制好的磨面浸入王水浸蚀，并来回移动，待铝锭组织露出时，取出，用水清洗、吹干。

6．用肉眼或放大镜逐块观察分析组织的变化。

四、实验设备及材料

1．坩埚炉、坩埚、钳子、砂模、夹钳手锯、锉刀、镊子、30×放大镜。

表3-1

序 号 0 1~2 3~4 5~8 9~10 11~12 13~14 铸模材料 模壁 钢 钢 钢 钢 耐 耐 耐 模底 钢 钢 钢 耐 钢 耐 耐 铝锭的不同浇注条件

铸模温度 （℃） 水冷 室温 室温 室温 室温 500 室温 浇注温度 （℃） 900 780 780 780 780 780 780 组 织 三晶带 柱状晶 （柱晶间界） 细小等轴晶 柱状+等轴晶 柱状晶 等轴粗晶 细小等轴晶 备 注 变质剂 变质剂 铸模厚度 （mm） 3 10 10 10 10 10 10

2．纯铝块、变质剂、金相砂纸、抛光呢、王水。

五、实验报告要求

1．简述铝锭粗型试片制备过程。 2．按1∶1比例绘出不同浇注条件下纯铝锭的宏观组织示意图，说明组织特点及形成原因。

六、实验注意事项

1．浇注时对准模子连续注入，不能断续或停歇，如铝液中有溶渣，必须用铁板挡住，不能进入模内。

2．锯样品时，尽量不偏斜，横截面要与纵轴垂直，纵截面要沿中心锯开。 3．浸蚀时要在烟橱中进行，千万不要将浸蚀剂溅到衣服和皮肤上。