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连续定向凝固技术的研究进展

ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＵｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

王艳林

王自东

张

鸿

（北京科技大学材料科学与工程学院，北京市１０００８３）

摘要：阐述了国内外连续定向凝固技术的研究进展，并对连续定向凝固进行了探讨，提出了一些建议。关键词：定向凝固，研究进展

中图分类号：ＴＧ１１１．４’文献标识码：Ａ；文章编号：１００６－９６５８（２００８）０４－５

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｓｕｒｖｅｙｈａｓｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｕｎｉｄｉ－ｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎａｂｏｕｔｔｈｅｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｗｉｔｈｓｏｍｅａｄｖｉｃｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎAｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓ１

前言

定向凝固技术对金属的凝固理论研究与新型高温合金等的发展提供了一个极其有效的手段。但是传统的定向凝固方法得到的铸件长度是有限的，在凝固末期易出现等轴晶，且晶粒易粗大。为此出现了连续定向凝固技术，它综合了连铸和定向凝固的优点，又相互弥补了各自的缺点及不足，从而可以得到具有理想定向凝固组织、任意长度和断面形状的铸锭或铸件；它的出现标志着定向凝固技术进入了一个新的阶段［１］。

连续定向凝固的思想首先是由日本的大野笃美提出的

［２～３］

向温度梯度，使熔体的凝固只在脱离结晶器的瞬间进行，随着铸锭不断离开结晶器，晶体的生长方向沿热流的反方向进行，获得定向结晶组织，甚至单晶组织［４］，其原理如图１所示。这种方法最大的特点是改变传统的连续凝固中冷却结晶器为加热结晶器，熔体的凝固不在结晶器内部进行，此外，ＯＣＣ法连铸过程中固相与铸型不接触，固液界面处于自由状态，固相与铸型之间是靠金属液的表面张力来联系，因此不存在固相与铸型之间的摩擦力，可以连续拉延铸坯，并且所需的拉延力也很小，可以得到表面呈镜面

６］

的铸坯［５～。ＯＣＣ法将高效的连铸技术和先进的定向

。上世纪６０年代末，大野笃美在研究凝固技术相结合，综合了二者的优点，是一种新型的近成品形状加工技术。

本文在调研和查阅了大量资料的基础上，阐述了国内外连续定向凝固技术的研究进展。北京科技大学晶体生长理论及控制技术研究室对连续定向凝固技术研究处于国内领先地位，在介绍国内研究进

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“结晶游离”理论时，证实了Ｃｈａｌｍｅｒｓ提出的等轴晶

等轴晶的形成不是由熔液整体过冷（ＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎａｌＳｕｐｅｒｃｏｏｌｉｎｇ）引起，而是主要由铸型表面形核，分离、带入溶液内部，枝晶断裂或重熔引起的。因而控制凝固组织结构的关键是控制铸型表面的形核过程。大野笃美把Ｂｒｉｄｇｅｍａｎ定向凝固法控制晶粒生长的思想应用到连续铸造技术上，提出了一种新的铸造工艺———热型连铸法（简称ＯＣＣ法），即连续定向凝固技术，该技术是通过加热结晶器模型到金属熔点温度以上，铸型只能约束金属液的形状，金属不会在型壁表面凝固；同时冷却系统与结晶器分离，在型外对铸件进行冷却，维持很高的牵引方向的温度梯度，保证凝固界面是凸向液相的，以获得强烈的单

收稿日期：２００８－０３－２５文章编号：２００８－０４４

作者简介：王艳林（１９８２－），男，博士研究生，师承王自东教授，晶体生

长理论及控制技术研究室

（ａ）ＯＣＣ连铸技术的凝固方式（ｂ）传统连铸技术的凝固方式

图１ＯＣＣ法连续铸造技术与传统连铸技术凝固过程的比较

２．电加热器

３．热铸型

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４．铸锭

５．冷却水

６．冷铸型

１．合金液

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中国铸造装备与技术４／

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