铸锭的宏观组织

4.5.1　铸锭的宏观组织

金属铸锭凝固时，由于表面和中心的结晶条件不同，其凝固后的结构是不均匀的。凝固后的晶粒较为粗大，通常利用肉眼即可看到铸锭整个体积中明显地分为三种晶粒状态区域，如图4-13所示。铸锭组织形成过程如图4-14所示。

图4-13　铸锭的宏观组织

图4-14　铸锭组织形成示意图

（a）形核　　　　　（b）表层细晶区的形成

（c）柱状晶的形成　（d）中心等轴晶的形成

1．表层细晶区

当液态金属注入锭模中后，型壁温度低，与型壁接触的很薄一层熔液产生强烈过冷，而且型壁可作为非均匀形核的基底，因此，立刻形成大量的晶核，这些晶核迅速长大至互相接触，在金属表面形成一层厚度不大，由细小的、方向杂乱的等轴晶粒组成的细晶区。

2．柱状晶区

随着“细晶区”薄壳形成，型壁被熔液加热而不断升温，使剩余液体冷却变慢，并且由于结晶时释放潜热，故细晶区前沿液体的过冷度减小，形核变得困难，但此时长大速度受到的影响较小，因此细晶区中现有的晶体中那些适宜生长的晶粒就会长大。在这种情况下，只有一次轴（即生长速度最快的晶向）垂直于型壁（散热最快方向）的晶体才能得到优先生长，而其他取向的晶粒，由于受邻近晶粒的限制而不能发展，因此，这些与散热相反方向的晶体择优生长而形成柱状晶区。各柱状晶均是向液体内部平行长大的。

3．中心等轴晶区

柱状晶生长到一定程度，由于前沿液体远离型壁，散热困难，冷速变慢，而且熔液中的温差随之减小，这将阻止柱状晶的快速生长。于是在柱状晶区前沿，将出现一个过冷度更小、温度比较均匀、没有明显散热方向的液态金属区。当整个熔液温度降至熔点以下时，剩余液体中某些未熔杂质或从柱状晶上被冲下的晶枝成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成一个中心粗等轴晶区。