振動激發金屬液形核技術基礎研究

金屬凝固過程中形成的柱狀晶和等軸晶是兩種典型的凝固組織，它們與鑄坯的宏觀缺陷密切相關。通常柱狀晶組織會導致其后軋材力學性能及工藝性能的惡化，而等軸晶有利于其后軋材力學性能的提高，是金屬凝固所期望得到的組織。增加凝固過程中的形核率和抑制晶粒生長是獲得細小等軸晶的有效方法。

中國鋼研科技集團公司先進鋼鐵流程及材料國家重點實驗室和連鑄技術國家工程研究中心，基于“晶體游離”、“枝晶熔斷”和“結晶雨”三種等軸晶形成理論，提出了振動激發金屬液形核設想。其技術特征是：當一種帶有冷卻結構且進行高頻振動的晶核發射器棒體插入金屬液內時，在棒體表面將迅速形成大量的細小晶粒，這些晶粒在振動的作用下可被連續不斷地彈射至金屬液中，成為金屬液凝固過程中等軸晶的形核核心，從而提高鑄坯組織的均勻性。分別以30%氯化銨水溶液、鋅和不銹鋼為研究對象進行了大量的物理模擬實驗，初步探討了振動激發金屬液形核過程機理，考察了振動激發金屬液形核技術對于促進鑄坯均質化的效果。結果表明：振動激發形核過程中產生的晶粒始于晶核發射器棒體的表面；振動和冷卻促進了溶液表面結晶雨的形成；為了促進晶核的游離，要確保棒體表面的溫度介于溶液的固、液相線溫度之間；對金屬液進行振動激發形核處理后，鋅和不銹鋼的凝固組織中的等軸晶率可達到80%。通過對鐵素體不銹鋼液進行振動激發形核處理后，鋼的凝固組織中等軸晶率可提高到80%以上。