在铸造的炉前处理过程中，细化晶粒是提高铸件力学性能和改善组织均匀性的关键步骤。常用的方法主要包括以下几种： ### 1. **变质处理（Inoculation）** - **原理**：向熔融金属中加入少量变质剂（如硅铁、钛、硼、锆等），通过提供异质形核核心或抑制晶粒长大，显著细化晶粒。 - **应用**： - 灰铸铁中加入硅铁或硅钙合金，促进石墨球化并细化基体组织。 - 铝合金中加入钛（Ti）或硼（B）形成TiB₂颗粒，作为α-Al的形核核心。 - 镁合金中加入锆（Zr）或碳（C）细化晶粒。 ### 2. **快速冷却（Rapid Solidification）** - **原理**：通过提高冷却速度（如使用金属型模具、薄壁铸件或冷却介质），缩短晶粒生长时间，抑制粗大晶粒形成。 - **应用**： - 金属型铸造比砂型铸造冷却更快，晶粒更细。 - 薄壁铸件因散热快，自然形成细晶组织。 ### 3. **振动/搅拌（Vibration/Stirring）** - **原理**：对熔融金属施加机械振动（如超声波、电磁搅拌）或机械搅拌，打碎正在生长的枝晶，增加形核点。 - **应用**： - 半固态铸造中通过搅拌形成非枝晶浆料。 - 超声波处理可细化铝合金、镁合金的晶粒。 ### 4. **低过热度浇注（Low Superheat Pouring）** - **原理**：降低熔融金属的过热度（即浇注温度与液相线温度的差值），减少液态金属的流动性，促进早期形核。 - **应用**： - 浇注温度接近液相线时，晶粒尺寸显著减小。 - 需平衡流动性与晶粒细化需求。 ### 5. **电磁场处理（Electromagnetic Field）** - **原理**：施加交变电磁场，使熔体产生强制对流，打碎枝晶并促进均匀形核。 - **应用**： - 电磁连铸技术可细化连铸坯的晶粒。 - 适用于铝合金、钢等材料的连续铸造。 ### 6. **过冷处理（Supercooling）** - **原理**：通过快速冷却使熔体深度过冷，增加形核率，从而细化晶粒。 - **应用**： - 需配合快速凝固技术（如喷雾沉积）。 - 适用于特殊合金的制备。 ### 7. **添加微量元素（Microalloying）** - **原理**：加入微量合金元素（如铌Nb、钒V、铈Ce等），通过溶质拖曳效应或第二相粒子抑制晶粒长大。 - **应用**： - 微合金化钢中加入Nb、V形成细小碳化物，阻碍奥氏体晶粒长大。 - 镁合金中加入稀土元素细化晶粒。 ### 8. **半固态成型（Semi-Solid Processing）** - **原理**：在固液两相区对部分熔化的金属进行搅拌，形成球状初生相，再压铸或挤压成型。 - **应用**： - 半固态触变成型可生产近净形零件，晶粒细小且组织均匀。 ### 总结 炉前处理中细化晶粒的方法需根据材料类型、铸造工艺和性能要求综合选择。**变质处理**和**快速冷却**是最常用的手段，而**振动/搅拌**和**电磁场处理**适用于特定场景。实际生产中，常采用多种方法协同作用以获得最佳效果。
