Войти
Направленное затвердевание 
Постепенное затвердевание Направленное затвердевание (DS) и постепенное затвердевание представляют собой типы затвердевания внутри отливок. Направленное затвердевание - это затвердевание, которое происходит с самого дальнего конца отливки и распространяется к литнику. Прогрессивное затвердевание, также известное как параллельное затвердевание, представляет собой затвердевание, которое начинается у стенок отливки и продолжается перпендикулярно этой поверхности.
Большинство металлов и сплавов сжимаются при изменении материала из жидкого состояния в твердое состояние. Следовательно, если жидкий материал недоступен для компенсации этой усадки, образуется дефект усадки. Когда прогрессивное затвердевание преобладает над направленным затвердеванием, образуется дефект усадки.
Геометрическая форма полости формы имеет прямое влияние на постепенное и направленное затвердевание. В конце геометрии туннельного типа возникает расходящийся тепловой поток, который вызывает охлаждение этой области отливки быстрее, чем окружающих областей; это называется конечным эффектом. Большие полости охлаждаются не так быстро, как окружающие области, потому что здесь 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.
Для того, чтобы вызвать направленное затвердевание холода, стояки, изоляционные рукава можно использовать контроль скорости разливки и температуры разливки.
В качестве процесса очистки можно использовать направленное отверждение. 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, тогда как последний затвердевший металл будет обогащен примесями. Эту последнюю часть металла можно утилизировать или переработать. Пригодность направленного отверждения для удаления определенной примеси из определенного металла зависит от коэффициента распределения примеси в рассматриваемом металле, как описано уравнением Шейла. Направленное отверждение (в зонной плавке ) часто используется в качестве стадии очистки при производстве мультикристаллического кремния для солнечных элементов.
Направленная кристаллизация 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, мешают полностью раскрыть потенциал монокристаллических сплавов на основе Ni. Эту морфологию можно понять, посмотрев на соотношение G / V затвердевания, где G - это градиент температуры в расплаве перед фронтом затвердевания, а V - скорость затвердевания.. Это соотношение должно поддерживаться в пределах диапазона, чтобы гарантировать формирование монокристалла с правильной микроструктурой крупного дендрита с боковыми ветвями.. 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 ’.
При направленном росте затвердевания монокристаллов ложные зерна зарождаются, когда расплавленный металл течет в зазор между зазором между формой и затравкой и затвердевает. Это катастрофически сказывается на механических свойствах суперсплавов на основе Ni, таких как CMSX4, и может быть минимизировано за счет сохранения допуска <001>от локальной нормали к поверхности. Кроме того, диапазон осевых ориентаций в начальном блоке направленной кристаллизации должен быть минимизирован для успешного выращивания монокристалла. Это сложно в зависимости от диапазона ориентаций в стартовом блоке DS, и, следовательно, управление ориентацией занимает большую область фокусировки.
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. Выбор направленного роста затвердевания, при котором пластинчатая структура параллельна направлению роста, приведет к высокой прочности и пластичности. Эту фазу еще труднее осаждать, поскольку она образуется не из жидкости, а из твердого состояния. Первый способ решить эту проблему - использовать затравочный материал, который правильно ориентирован и который дает зародыши новых ламелей во время обработки с той же ориентацией, что и исходный материал. Он размещается перед основной массой материала, так что когда расплав затвердевает, он имеет прецедент для правильной ориентации. Если семя не используется, другой метод достижения высокопрочной однослойной фазы состоит в том, чтобы иметь ламеллярную структуру, ориентированную вдоль направления роста. Однако это является успешным только для небольшого окна затвердевания, поскольку его успех из-за столбчатого роста бета-фазы с последующим равноосным ростом альфа-фазы и легированием бором скомпрометирован из-за высокого теплового градиента охлаждения.
.
