機械社區(qū)

結晶溫度范圍  i( {$ ]: j- K3 |1 }" `" K9 c
鋼液不是純金屬，而是以Fe為基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此，它的結晶過程不是在某一固定的溫度(熔點)進行，而是在一定的溫度范圍內(nèi)完成的。在平衡結晶條件下，鋼液溫度降至其液相線溫度(tL)時開始出現(xiàn)晶體，而達到固相線溫度(ts)時結晶方告結束。此液相線和固相線間的溫度區(qū)間，即tL-ts=Δtc。便稱為該合金的結晶溫度范圍。某一鋼種的結晶溫度范圍主要取決于所含元素的性質及其含量，并可由鐵與相應元素的二元或三元相圖來確定。各元素對結晶溫度范圍的影響可近似地看成可加和的。因此某一具體鋼種的結晶溫度范圍   。

結晶兩相區(qū)
2 c+ [. K( z% R- r鋼液凝固時，在靠近模壁的固相(凝固層)與內(nèi)部液相之間存在著一個過渡區(qū)—兩相區(qū)(圖1)，即在凝固著的鋼錠內(nèi)，存在三個區(qū)域：固相區(qū)、兩相區(qū)、液相區(qū)。鋼液的結晶即形核和晶核長大過程只在兩相區(qū)進行。鋼錠的凝固就是兩相區(qū)由鋼錠表面向錠心的推移過程：當液相等溫線到達鋼錠內(nèi)某一部位時，結晶開始；而固相等溫線達到某一部位時，該處結晶便告結束，全部轉變?yōu)楣腆w。液相等溫線和固相等溫線到達錠內(nèi)某一指定點的時間間隔，即該點從液相線溫度降至固相等溫線所經(jīng)歷的時間，稱作該點的本地凝固時間，常以q表示之。本地凝固時間與該處的平均冷卻速度成反比。由于鋼錠內(nèi)不同部位的傳熱條件差異很大，因此不同部位的本地凝固時間會有很大的不同，從而引起結晶組織的不同。鋼錠內(nèi)液相等溫線和固相等溫線間的距離稱作兩相區(qū)寬度，以△x表示。且有
4 |. t6 f+ R, Q2 A6 {。兩相區(qū)窄有利于柱狀晶發(fā)展，而兩相區(qū)寬有利于等軸晶發(fā)展。

選分結晶及組成過冷* ~( C( Y3 `- x5 F& {
合金凝固時，由于溶質在固相中和在液相中的溶解度不同，而產(chǎn)生選分結晶(也稱脫溶或液析)現(xiàn)象。即伴隨結晶的進行，在凝固前沿不斷有溶質析出(K<1時)，使液相同溶質濃度逐漸增加。在平衡結晶時，溶質在固、液兩相中的均勻擴散都得以充分進行，因而并不產(chǎn)生偏析。但在鋼液的實際凝固過程中，溶質在兩相，特別是在固相中的擴散不能充分進行。結果析出的溶質不斷在凝固前沿的母液中富集，形成濃度很高的溶質偏析層，此偏析層內(nèi)熔體的液相線溫度相對于成分未變之母液的液相線溫度有所降低，因而使凝固前沿處熔體的過冷減小。這一現(xiàn)象對凝固組織有很大的影響。極端情況下(固相不均化、液相不混合)凝固前沿出現(xiàn)溶質最大的富集情況。其溶質的分布可用下式來描述：
$ R0 O5 `- T4 O5 S( h( f，式中C L(x)為距凝固前沿x處液相中溶質濃度；C0為合金熔體中溶質的初始濃度；K為溶質的平衡分配系數(shù)，K=Cs/CL導；R為結晶速度；DL為溶質在液相中的擴散系數(shù)。設K為常數(shù)(液、固相線為直線)，且液相線斜率為m，則與凝固前沿溶質濃度相對應的液相線溫度分布可用t L(x)  =t0-mC L(x) =t0-mC0(1+1-k/k  e -R/DLx)

來描述。C L(x)及t L(x)的變化如圖2所示。可見C L(x)隨距凝固前沿距離增加而減小，t L(x)隨距凝固前沿距離的增加而增高。在凝固前沿(x=O)處
! u1 Q  k. j6 ?( E. [; x$ l* k 。熔體液相線溫度tL與熔體實際溫度之差稱過冷，即Δt =tL-te。當達到穩(wěn)定態(tài)結晶時，凝固前沿處tL=te=ts此時，液相線溫度分布曲線與實際溫度分布曲線所圍成的區(qū)域(圖2陰影區(qū))稱組成過冷區(qū)。組成過冷的出現(xiàn)，必將終止原有凝固界面的繼續(xù)推進，并且當其凝固前沿前方過冷較大處的過冷超過生核所需的過冷度Δt ﹡ 時，將在凝固界面前方形成新的晶核。這是鋼錠結晶組織由柱狀晶向等軸晶轉變的一種有說服力的解釋。