傳統(tǒng) 鉛板廠家的定向凝固方法可分為爐外結(jié)晶法和爐內(nèi)結(jié)晶法。爐外產(chǎn)品凝固法一般是指加熱澆鑄法,爐內(nèi)產(chǎn)品凝固法是指在保溫爐中完成凝固。具體的工藝方法包括粉末還原法(PD法)、快速凝固法(HRS法)和液態(tài)金屬冷卻法(LMC法)。
爐外結(jié)晶法是將熔融金屬倒入側(cè)壁保溫、底部冷卻、頂部覆蓋加熱劑的鑄型中,在熔融 鉛板和凝固金屬中建立自上而下的溫度梯度,使鑄件實現(xiàn)自下而上的單向凝固。爐外結(jié)晶法的主要特點是工藝簡單,成本低,可用于制造小批量零件。PD法采用分段加熱的保溫爐,從底部冷卻鑄件,從底部到頂部關(guān)閉加熱器,從而實現(xiàn)鑄件內(nèi)部自下而上的定向凝固。PD法可以獲得較高的冷卻速率,但柱狀晶區(qū)較短,微觀結(jié)構(gòu)不理想。HRS法是在Bridgman晶體生長技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種定向凝固工藝,其特點是鑄件以一定的速度從爐中取出或從爐中取出,在保持爐子加熱的同時對鑄件進行空氣冷卻。由于避免了爐子的影響,采用空氣冷卻,可以獲得較高的溫度梯度和冷卻速率。LMC法以HRS法為基礎(chǔ),將拉制的鑄件浸入高沸點、低熔點、熱容大、熱導(dǎo)率高的液態(tài)金屬中,以獲得較高的溫度梯度和生長速率。常用的液態(tài)金屬有Ga-Ins Ga-In-Sn和Sn液態(tài)。
傳統(tǒng)定向凝固技術(shù)的主要缺點是冷卻速度過慢,凝固組織有足夠的時間生長和粗化,導(dǎo)致枝晶偏析嚴重,限制了材料性能的提高。近年來出現(xiàn)的一些新型定向凝固技術(shù),如區(qū)熔液態(tài) 防輻射鉛板金屬冷卻法(ZMLMC法)、深過冷定向凝固(DUDS)和電磁約束成形定向凝固技術(shù)(DSEMS)等,有效地避免了這一弊端。
ZMLMC方法是在LMC方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。該方法將區(qū)域熔化與液態(tài)金屬冷卻相結(jié)合,利用感應(yīng)加熱集中加熱凝固界面前沿的液相,從而有效提高固液界面前沿的溫度梯度和冷卻速率。DUDS法的基本原理是將含有熔融金屬的旋渦吸積置于激冷基座上,在冷卻過程中,旋渦吸積底部在較低溫度下成核,晶體自下而上生長,形成定向排列的樹枝狀骨架和殘余熔融金屬。在隨后的冷卻過程中,殘余的熔融金屬通過向外輻射熱量,在已有的枝晶骨架上凝固,Z最終獲得定向凝固組織。DSEMS是一種新型的定向凝固技術(shù),是電磁約束成形技術(shù)和定向凝固技術(shù)的結(jié)合。該技術(shù)通過電磁感應(yīng)加熱感應(yīng)器中的保護 鉛板材料,利用金屬熔體表層產(chǎn)生的電磁壓力來抑制熔融金屬熔體的形成。同時,冷卻介質(zhì)與鑄件表面直接接觸,增強了鑄件固相的冷卻能力,在固液界面附近的熔體中可產(chǎn)生較高的溫度梯度,使凝固組織超細化。
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