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不銹鋼管的化學(xué)知識,細(xì)晶粒帶、柱狀晶帶和粗晶粒帶

在實(shí)際生產(chǎn)中,液態(tài)金屬在鑄錠模中結(jié)晶時(shí),受到模壁散熱的影響。結(jié)晶后,在不銹鋼鑄錠的截面上獲得了幾種不同形狀和厚度的結(jié)構(gòu)帶。不銹鋼鑄錠通常由三個(gè)晶粒區(qū)組成:細(xì)晶粒區(qū)、柱狀晶粒區(qū)和粗晶粒區(qū)。不銹鋼鑄錠外表面出現(xiàn)細(xì)晶粒帶。當(dāng)高溫液態(tài)金屬剛剛注入模具時(shí),與冷模具壁接觸的金屬液在淬火作用下產(chǎn)生大量晶核,每個(gè)晶核以樹枝狀結(jié)晶的形式向不同方向快速生長。它們相互接觸后,生長受阻,形成細(xì)晶區(qū)。粗糙的結(jié)晶器壁促進(jìn)了形核,也是形成細(xì)晶區(qū)的原因

 

細(xì)晶帶形成后,盡管液態(tài)金屬向外的散熱速度因結(jié)晶器壁溫度的升高而減慢,但不銹鋼鑄錠截面上仍然存在較大的溫差。此時(shí),由于上、下、左、右生長晶體的阻礙,在細(xì)晶帶底部生長的晶軸只能向垂直于結(jié)晶器壁的鑄錠中心生長,并與散熱方向相反,從而在柱狀晶帶的生長過程中形成所謂的具有方向性

 

的柱狀晶帶,由于外部散熱,尚未凝固的液體中心部分的溫度繼續(xù)下降。當(dāng)它降低到凝固溫度時(shí),被擠壓到液體中的顆粒起到晶核的作用。由于以冷形核的方式有少量的形核晶粒,結(jié)果是小樹枝晶的數(shù)量根據(jù)粗形核生長

 

細(xì)晶粒帶通常非常薄,對金屬性能沒有重要影響。至于柱狀晶帶,雖然晶體本身致密且固態(tài),但在晶體之間的接合處聚集了低熔點(diǎn)雜質(zhì),結(jié)合力很差。在熱態(tài)下軋制和鍛造時(shí),接頭處容易開裂。因此,對于包括鋼在內(nèi)的高脆性金屬和合金,預(yù)計(jì)不會形成柱狀晶體;對于塑性良好的合金,如銅和銅合金,需要柱狀晶體穿透鑄錠,以獲得致密的鑄錠

 

在相同的重量條件下,大多數(shù)液態(tài)金屬的體積大于固態(tài)金屬的體積(與水冰相反),并且凝固過程不會在整個(gè)金屬體積內(nèi)同時(shí)進(jìn)行。因此,當(dāng)不銹鋼錠逐層結(jié)晶時(shí),金屬體積會縮小。如果在不銹鋼鑄錠或鑄件的最后凝固部分沒有液體補(bǔ)充,則由收縮引起的空洞稱為縮孔和氣孔??s孔體積大,往往集中在不銹鋼錠的上部;松散體積小且分布廣泛

 

由于液態(tài)金屬中氣體的溶解量遠(yuǎn)大于固態(tài)金屬,因此在凝固過程中氣體會逐漸從金屬中析出。在充分緩慢冷卻的條件下,沉淀氣體可以平靜地排出不銹鋼錠;在快速冷卻的條件下,沉淀氣體在不銹鋼錠排出之前留在不銹鋼錠中,形成氣泡

 

因此,除了上述三種結(jié)構(gòu)帶外,不銹鋼錠通常還存在收縮、氣孔和氣泡等不足的地方。


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