周 冰，康永林，郜俊震，祁明凡，張歡歡

(北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100083)

半固態(tài)技術(shù)自發(fā)明以來(lái)，由于能夠獲得均勻的細(xì)晶組織、提高性能和實(shí)現(xiàn)高速近終成形等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。流變成形技術(shù)由于具有成本低、應(yīng)用范圍廣、工藝流程短、鑄件組織致密以及適合于多種加工方法等優(yōu)點(diǎn)[1]。近些年來(lái)，流變成形技術(shù)在國(guó)內(nèi)外受到了普遍重視，許多學(xué)者從理論、試驗(yàn)、技術(shù)和設(shè)備等方面開(kāi)展了大量的研究，取得了很大的進(jìn)步，使流變成形技術(shù)成為半固態(tài)加工領(lǐng)域的新熱點(diǎn)[2-4]。

半固態(tài)漿料制備是流變成形技術(shù)發(fā)展最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。到目前為止，已經(jīng)提出了許多種半固態(tài)漿料制備技術(shù)，如美國(guó)WPI學(xué)院的PAN等[5]研究的CRP技術(shù)，將兩種不同成分或溫度的熔融合金混合降溫制備半固態(tài)漿料；泰國(guó)Songkla大學(xué)的WANNASIN等[6]開(kāi)發(fā)的GISS技術(shù)，在合金凝固時(shí)通入氣體，利用氣泡擾動(dòng)來(lái)制備半固態(tài)金屬漿料；GUO等[7]開(kāi)發(fā)的LSPSF工藝，將具有一定過(guò)熱度的合金液澆注到轉(zhuǎn)動(dòng)的輸送管內(nèi)，進(jìn)行冷卻和剪切來(lái)制備半固態(tài)漿料；毛衛(wèi)民等[8]提出的SCP技術(shù)，將熱合金液澆入立式蛇形澆道中降溫和自身重力引起的擾動(dòng)來(lái)制備半固態(tài)漿料。

其中，機(jī)械攪拌法制備半固態(tài)漿料對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)要求較高，但各國(guó)學(xué)者努力融入機(jī)械攪拌的原理，逐漸發(fā)展出了新的技術(shù)和方法：典型的有英國(guó)Brunel大學(xué)的FAN等[9]開(kāi)發(fā)的雙螺旋流變注射機(jī)、美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的MARTINEZ等[10]研究的SSR工藝、韓國(guó)的SEO等[11]研究的RBSS(Rotational barrel with stirring screw)設(shè)備，ZHANG等[12]開(kāi)發(fā)的錐筒式流變成形機(jī)，但這些設(shè)備基本都還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，存在的問(wèn)題主要有拆卸清理麻煩、工作狀態(tài)不穩(wěn)定，如半固態(tài)漿料冷凝粘在設(shè)備內(nèi)，導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法工作。

為此，在金屬漿料凝固過(guò)程中，利用攪拌葉片對(duì)漿料進(jìn)行攪拌形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)的原理，自行研制了新型機(jī)械攪拌制備半固態(tài)漿料裝置-強(qiáng)制對(duì)流流變成形機(jī)(Forced convection rheoforming machine，F(xiàn)CR)。FCR設(shè)備改進(jìn)了筒體結(jié)構(gòu)，使攪拌軸和筒體能夠很方便的分離，并且在攪拌室內(nèi)嵌入石墨內(nèi)襯，減少設(shè)備粘料，易于清理。FCR設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)合理，能夠很方便的和各種成形設(shè)備結(jié)合開(kāi)展新的半固態(tài)成形工藝。本文作者以A356鋁合金為試驗(yàn)對(duì)象，研究FCR不同筒體溫度和攪拌速度對(duì)半固態(tài)組織的影響規(guī)律，并結(jié)合漿料在設(shè)備內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律探討半固態(tài)漿料制備過(guò)程中的組織形成機(jī)理。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)所用設(shè)備采用實(shí)驗(yàn)室自主發(fā)明的強(qiáng)制對(duì)流流變成形機(jī)(FCR)[13]，該設(shè)備主要由驅(qū)動(dòng)裝置、剪切攪拌裝置、溫度控制裝置和放料裝置等組成。無(wú)極調(diào)速電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)攪拌軸旋轉(zhuǎn)。剪切攪拌機(jī)構(gòu)由攪拌室和攪拌軸組成，其中攪拌軸上裝有適合攪拌粘性流體的螺旋帶，可以通過(guò)調(diào)整攪拌速度使得金屬熔體在攪拌室內(nèi)產(chǎn)生流體對(duì)流。為防止合金液在攪拌室內(nèi)冷凝掛料，在攪拌室內(nèi)壁裝有石墨內(nèi)襯。攪拌桶外壁有加熱和冷卻元件，通過(guò)溫度控制箱對(duì)筒體溫度進(jìn)行精確控制。放料裝置由放料手柄、芯桿和堵塞構(gòu)成。漿料制備好后，旋轉(zhuǎn)放料手柄，提升堵塞，半固態(tài)漿料流出。其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 強(qiáng)制對(duì)流攪拌裝置結(jié)構(gòu)示意圖及實(shí)物圖Fig.1 Schematic diagram (a) and physical diagram (b) of FCR machine: 1—Slurry outlet; 2—Graphite blockage;3—Emptying core bar; 4—Heating and cooling element;5—Stainless steel barrel; 6—Raphite inner barrel; 7—Spiral stirring rod; 8—Insulation; 9—Funnel; 10—Graphite insulation ring; 11—Bearing block; 12—Gear; 13—Adjusting handle;14—Emptying handle; 15—Bearing; 16—Adjustable bracket

FCR設(shè)備的工作原理是采用機(jī)械攪拌方式，利用剪切攪拌的原理，通過(guò)螺旋攪拌軸的作用，使合金熔體在低于合金液相線(xiàn)溫度的筒體內(nèi)產(chǎn)生流體對(duì)流，同時(shí)受到冷卻和對(duì)流混合的作用，破壞枝晶生長(zhǎng)的環(huán)境，使初生晶粒生長(zhǎng)為球形，從而制備出半固態(tài)合金漿料。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)采用商用鋁合金A356，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。經(jīng)差熱分析法(DSC)測(cè)定，得到A356合金液相線(xiàn)和固相線(xiàn)溫度分別為615和560℃。

表1 A356鋁合金的化學(xué)成分Table1 Chemical composition of A356 alloy ingot (mass fraction, %)

將A356鋁合金錠烘干后放入預(yù)熱溫度為400℃的熔化爐內(nèi)升溫至700℃融化，進(jìn)行除氣排渣后靜置，將合金液降溫至630～680℃；調(diào)整筒體溫度600～570℃，調(diào)速螺桿轉(zhuǎn)速調(diào)整為100～400 r/min，石墨柱塞處于關(guān)閉狀態(tài)，攪拌室軸線(xiàn)與水平線(xiàn)呈 40°；然后將熔融的鋁合金液，澆入至FCR設(shè)備內(nèi)，合金液攪拌軸的作用下產(chǎn)生流體對(duì)流，在攪拌一定時(shí)間(30 s)后，旋轉(zhuǎn)放料把手，制備好的半固態(tài)漿料從出料口處流出。為了更準(zhǔn)確地觀(guān)察制備出的半固態(tài)漿料的組織形貌，將制備出的半固態(tài)漿料注入到特制的不銹鋼坩堝內(nèi)，立即將坩堝放入水中使?jié){料快速冷卻。

為了對(duì)比不同工藝條件下制備的半固態(tài)漿料效果，沿坯料軸線(xiàn)方向在中部截取10 mm厚的圓片，并從中取一扇形作為金相試樣。試樣經(jīng)過(guò)磨平、拋光處理后，采用體積分?jǐn)?shù)為0.5%的HF酸水溶液進(jìn)行腐蝕，在NEOPHOT 21光學(xué)顯微鏡下對(duì)組織進(jìn)行觀(guān)察分析。利用ImageTool圖像處理軟件考察工藝參數(shù)對(duì)初生固相尺寸、形狀因子的影響。初生固相尺寸用等面積圓直徑D表示，形狀用形狀因子F表示，F(xiàn)越趨近于1，初生固相越圓整。具體計(jì)算公式為

式中：A為晶粒面積；P為晶粒界面周長(zhǎng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同筒體溫度對(duì)半固態(tài)組織的影響

圖2所示為在澆注溫度為630℃、攪拌轉(zhuǎn)速為200 r/min、剪切時(shí)間為30 s的工藝條件下不同筒體溫度條件下獲得的半固態(tài)顯微組織。圖3所示為筒體溫度與A356半固態(tài)合金晶粒尺寸及形狀因子的關(guān)系曲線(xiàn)。圖中白色的塊狀或近似球狀區(qū)域?yàn)棣?Al)相，深灰色的區(qū)域?yàn)槭Ｓ嘁合嘈纬傻墓簿ЫM織。筒體溫度為600℃，組織中的初生α(Al)相多為薔薇狀或樹(shù)枝狀枝晶，平均尺寸約為150 μm，形狀因子僅為0.44，因?yàn)橥搀w溫度較高，合金熔體在攪拌室內(nèi)受到的冷卻強(qiáng)度很低，形成的晶核數(shù)量很少，出口漿料組織中枝晶的數(shù)量較多；當(dāng)筒體溫度為590℃時(shí)，筒體的溫度降低，設(shè)備的冷卻作用增大，組織中枝晶的數(shù)量明顯減少，薔薇狀晶粒變多，初生固相平均尺寸為94 μm，形狀因子為0.68。當(dāng)筒體溫度降為570～580℃時(shí)，組織中的薔薇狀晶粒數(shù)量減少，近球形晶粒明顯增多，外觀(guān)輪廓圓整，分布均勻，初生固相平均尺寸降到70 μm以下，晶粒形狀因子也增加到0.75以上。

圖2 不同筒體溫度下A356半固態(tài)合金的顯微組織Fig.2 Microstructures of semisolid A356 alloy under different barrel temperatures: (a) 600℃; (b) 590℃; (c) 580℃; (d) 570℃

圖3 筒體溫度對(duì)A356半固態(tài)合金中初生相形貌的影響Fig.3 Effect of barrel temperature on primary particle size and shape factor of semisolid A356 alloy

隨著筒體溫度的降低，合金初生相尺寸減小，數(shù)量增加，形貌更加圓整，分布更加均勻。產(chǎn)生這種規(guī)律的主要原因在于：筒體溫度對(duì)半固態(tài)漿料制備過(guò)程中的合金冷卻效果產(chǎn)生直接影響。在合金熔體過(guò)熱度不變的情況下，筒體溫度降低，合金熔體在攪拌室內(nèi)受到的冷卻作用增強(qiáng)，產(chǎn)生的過(guò)冷度大，初生晶粒穩(wěn)定形核的需要的臨界功和臨界半徑減小，更容易形核，形核率提高有利于獲得大量細(xì)小的初生相。

2.2 不同澆注溫度對(duì)半固態(tài)組織的影響

圖4所示為在剪切溫度為590℃、螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min、剪切時(shí)間為30 s的工藝條件下不同澆注溫度時(shí)獲得的半固態(tài)合金的顯微組織。圖4(a)中澆注溫度較高為650℃，初生相中發(fā)現(xiàn)有粗大的樹(shù)枝狀，晶粒尺寸差別很大，分布不均勻；當(dāng)澆注溫度為640℃時(shí)，組織中枝晶減少，薔薇狀晶粒數(shù)量增多，薔薇狀晶粒尺寸較大(見(jiàn)圖4(b))；當(dāng)澆注溫度進(jìn)一步降低為630℃時(shí)，獲得的初生相中存在大量薔薇狀晶和少量球狀晶，晶粒尺寸明顯減小，總體組織均勻性得到改善(見(jiàn)圖4(c))，其初生相平均晶粒尺寸為88 μm，形狀因子為0.68，當(dāng)澆注溫度降低至620℃時(shí)，組織中薔薇狀晶粒晶粒向球狀晶轉(zhuǎn)化，球狀晶的數(shù)量增多，晶粒形貌更加圓整，尺寸進(jìn)一步細(xì)化(見(jiàn)圖4(d))，其平均晶粒尺寸降到80 μm，形狀因子也增加到了0.72。

圖4 不同澆注溫度下A356半固態(tài)合金的顯微組織Fig.4 Microstructures of semisolid A356 alloy at different pouring temperatures: (a) 650℃; (b) 640℃; (c) 630℃; (d) 620℃

對(duì)比圖4(a)～(d)可以發(fā)現(xiàn)：隨著澆注溫度的降低，合金初生相的平均晶粒尺寸逐漸減小，并且其半固態(tài)的固相顆粒變得更加圓整、均勻。初生相平均晶粒尺寸D和形狀因子F與澆注溫度的關(guān)系見(jiàn)圖5。結(jié)合圖4和5可以看出，澆注溫度會(huì)對(duì)半固態(tài)漿料組織的初生相形貌有直接的影響。其主要原因在于：澆注溫度的不同，合金熔體流進(jìn) FCR設(shè)備的冷卻速率不同，隨著澆注溫度的降低，熔體的過(guò)熱度較小，合金熔體能更快地進(jìn)入固液兩相區(qū)間，且在相同的時(shí)間內(nèi)，合金熔體在攪拌機(jī)構(gòu)中達(dá)到的過(guò)冷度更大，熔體形核需要的臨界功和臨界尺寸減小，形核率也隨之提高，從而有利于獲得大量細(xì)小的初生固相。

圖5 澆注溫度對(duì)半固態(tài)A356合金中初生相形貌的影響Fig.5 Effect of pouring temperature on primary particle size and shape factor of semisolid A356 alloy

2.3 不同攪拌速度對(duì)半固態(tài)組織的影響

圖6所示為澆注溫度為630℃、筒體溫度580℃、剪切時(shí)間為30 s的工藝條件下不同攪拌速度時(shí)獲得的A356半固態(tài)合金的顯微組織。由圖6可看出，攪拌速度為100 r/min時(shí)，組織中初生固相多為薔薇狀晶粒，很少有枝晶，初生固相平均尺寸約為95 μm，形狀因子為0.6，盡管合金熔體在攪拌室對(duì)流攪拌強(qiáng)度很小，但得到的組織與普通鑄造時(shí)的枝晶組織已經(jīng)完全不同；當(dāng)攪拌速度為200 r/min時(shí)，組織中的薔薇狀晶粒明顯減少，近球狀晶數(shù)量增多，初生固相平均尺寸約為76 μm，形狀因子為0.74，分布比較均勻；當(dāng)攪拌速度增加到300 r/min時(shí)，初生固相的晶粒尺寸和球形度進(jìn)一步減小，初生晶粒的數(shù)量增多且分布也很均勻。隨著攪拌速度進(jìn)一步增加到400 min時(shí)，初生α(Al)在基體上分布更均勻，但初生晶粒的尺寸及形狀因子變化趨勢(shì)變緩，如圖7所示。

從圖6和7可以看出，隨著攪拌速度的增加，半固態(tài)組織中初生固相的形貌逐漸趨于圓整，組織更加細(xì)小、均勻。其主要原因在于：攪拌速度的大小關(guān)系到合金熔體在攪拌室內(nèi)對(duì)流強(qiáng)度的大小，增加攪拌速度，合金熔體在攪拌室內(nèi)的對(duì)流強(qiáng)度大。對(duì)流強(qiáng)度大不僅能使熔體在同樣的時(shí)間內(nèi)能達(dá)到更大的過(guò)冷度，更容易形核，而且能更快地減少熔體的溫度差，使熔體內(nèi)溫度場(chǎng)的分布更均勻一致。另一方面，較大的對(duì)流強(qiáng)度增加了彼此碰撞的強(qiáng)度和頻率，有利于不規(guī)則晶粒尖角處的鈍化而轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罹А?/p>

圖6 不同攪拌速度下A356半固態(tài)合金的顯微組織Fig.6 Microstructures of semisolid A356 alloy at different rotation speeds: (a) 100 r/min; (b) 200 r/min; (c) 300 r/min; (d) 400 r/min

圖7 攪拌速度對(duì)A356半固態(tài)合金中初生相形貌的影響Fig.7 Effects of rotation speed on primary particles and shape factor of semisolid A356 alloy

2.4 FCR制備半固態(tài)漿料的組織形成機(jī)理

與常規(guī)鑄造相比，強(qiáng)制對(duì)流攪拌條件下熔體的凝固最大的不同在于凝固過(guò)程是在激烈運(yùn)動(dòng)的條件下進(jìn)行的；而常規(guī)鑄造是相對(duì)靜態(tài)的。動(dòng)態(tài)與靜態(tài)的差別正是凝固過(guò)程中不同現(xiàn)象及最終獲得完全不同組織的根源所在。

強(qiáng)制對(duì)流攪拌裝置采用適合高粘度流體攪拌的螺旋式槳葉，合金熔體流入設(shè)備內(nèi)，先從高向低沿著筒壁流動(dòng)，到達(dá)攪拌室底部后，快速旋轉(zhuǎn)的攪拌螺旋桿使合金熔體在攪拌室中形成由高向低的內(nèi)部軸向流，在內(nèi)部軸向流壓力作用下從攪拌螺旋桿與石墨內(nèi)襯的縫隙處產(chǎn)生由低向高的反向流動(dòng)，形成軸向循環(huán)對(duì)流。此外，沿著攪拌軸圓周方向有跟攪拌方向相同的周向流動(dòng)，具體流動(dòng)方式見(jiàn)圖8。

圖8 攪拌室內(nèi)合金流動(dòng)方式示意圖Fig.8 Flow illustration of melt in FCR device

由于熔體在剪切攪拌的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)具有周向的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和軸向的對(duì)流，產(chǎn)生了復(fù)雜的流體對(duì)流。在強(qiáng)烈對(duì)流運(yùn)動(dòng)的作用下，一方面晶粒隨液相流動(dòng)，自身也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于不斷同其他晶粒、葉片和內(nèi)壁發(fā)生接觸碰撞，邊緣有棱角的地方發(fā)生塑性變形，且逐漸變得圓化；另一方面，改變了傳統(tǒng)凝固條件下依靠傳導(dǎo)單向傳熱和擴(kuò)散緩慢傳質(zhì)的狀態(tài)。在傳熱方面，熔體在攪拌筒中，由于對(duì)流換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的熱量擴(kuò)散傳遞，整個(gè)合金熔體能在更短時(shí)間內(nèi)降至液相線(xiàn)下，整個(gè)熔體處于均勻的過(guò)冷狀態(tài)而不只是合金的外層，熔體的臨界形核功和臨界形核半徑減小，熔體可自發(fā)或借助懸浮的有效形核質(zhì)點(diǎn)大量形核。在傳質(zhì)方面，熔體中物質(zhì)傳輸為對(duì)流控制而非擴(kuò)散控制，合金熔體處于快速混合狀態(tài)，晶粒隨熔體不斷改變自身的位置且晶粒生長(zhǎng)游離出的溶質(zhì)能及時(shí)排走，不會(huì)在晶面前沿堆積，使熔體中的宏觀(guān)成分相對(duì)均勻。而且MOLENAAR等[14]的研究揭示了一個(gè)重要現(xiàn)象：強(qiáng)迫對(duì)流下的晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中具有自旋行為。使得晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中不斷地變換液—固界面的溫度場(chǎng)、成分場(chǎng)。因此，即使某一瞬間內(nèi)晶粒的各個(gè)方向生長(zhǎng)速度出現(xiàn)較大差異，晶粒也將在各個(gè)方向相對(duì)均勻地生長(zhǎng)。

OHNO[15]在研究等軸晶來(lái)源時(shí)提出了晶粒游離機(jī)理，認(rèn)為在凝固初期合金液在鑄型型壁或冷卻的液面上形成頸縮形晶粒，在合金液對(duì)流作用下脫離型壁或冷卻液面產(chǎn)生游離，進(jìn)入合金熔體內(nèi)部，如圖9(a)所示。圖9(b)所示為FCR設(shè)備內(nèi)器壁和螺旋軸之間晶粒的游離示意圖。

熔體在相同的過(guò)冷度下，依靠?jī)?nèi)壁、螺旋攪拌桿和旋轉(zhuǎn)葉片為基底的非均勻形核需要的穩(wěn)定形核功和臨界形核半徑小，優(yōu)先形成大量穩(wěn)定晶核。由于熔體對(duì)流攪拌作用，這些晶粒在熔體的沖刷作用下無(wú)法形成穩(wěn)定的凝固殼，晶粒向內(nèi)部游離，而不是就地生長(zhǎng)，內(nèi)壁、攪拌桿和旋轉(zhuǎn)葉片上又能產(chǎn)生新的晶核，這些都極大地增大熔體中的形核率；晶核數(shù)量的增多使晶粒在長(zhǎng)大時(shí)能更好地發(fā)揮相互抑制長(zhǎng)大的作用，有利于初生組織的細(xì)小圓整。

圖9 晶粒游離示意圖Fig.9 Illustration of crystal dissociating: (a) Traditional crystal dissociating; (b) Crystal dissociating in FCR device

圖10 固/液界面附近溫度分布Fig.10 Temperature distribution near solid-liquid interface:(a) Positive temperature gradient; (b) Negative temperature gradient

實(shí)際的凝固過(guò)程是一個(gè)受多種因素控制的復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，即使處于強(qiáng)制對(duì)流作用下，熔體也不是一個(gè)完全均勻體系，晶粒也會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則形狀。非規(guī)則自由晶最后也基本以球狀晶存在，一是由于合金熔體的混合對(duì)流作用，晶體處于比較均勻的溫度場(chǎng)內(nèi)，由于熔體比晶粒具有更高的溫度，可以認(rèn)為晶粒處在正溫度梯度下生長(zhǎng)，而且由于鋁合金屬于粗糙型晶體生長(zhǎng)界面，金屬的亞穩(wěn)極限ΔT*(熔體能夠形核的最小過(guò)冷度)很小，界面溫度差不多和熔點(diǎn)Tf重合，如圖10所示。所以，晶體的成長(zhǎng)界面只能隨著液體的冷卻而均勻一致的向液相推移，如果一旦局部有所突出，那么它便進(jìn)入亞穩(wěn)極限以上甚至熔點(diǎn)以上的溫度區(qū)域，成長(zhǎng)會(huì)立刻消失，甚至被融化掉，所以固液界面始終可以近似的保持平面，非規(guī)則自由晶最后也趨向于球化長(zhǎng)大。在強(qiáng)制對(duì)流的作用下，晶粒隨液相流動(dòng)，自身也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，由于不斷地同其他晶粒、葉片和桶壁發(fā)生接觸碰撞，邊緣有棱角的地方發(fā)生塑性變形逐漸球化。

3 結(jié)論

1) 強(qiáng)制對(duì)流流變成形設(shè)備利用攪拌的原理，使合金熔體在攪拌室內(nèi)受到過(guò)冷和對(duì)流的作用。試驗(yàn)證明該設(shè)備能夠制備固相顆粒細(xì)小、圓整、分布均勻的A356鋁合金半固態(tài)漿料。

2) 筒體溫度、澆注溫度和攪拌速度是影響半固態(tài)漿料制備工藝的重要因素，適當(dāng)降低筒體溫度和澆注溫度或適當(dāng)提高攪拌速度均能降低半固態(tài)組織的平均晶粒尺寸，增加形狀因子。在澆注溫度620～630℃、筒體溫度570～580℃、攪拌速度200～300 r/min的參數(shù)下都能制備初生固相晶粒尺寸80 μm以下，形狀因子0.75以上的較理想半固態(tài)組織。

3) 熔體在FCR設(shè)備內(nèi)具有周向的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和軸向的對(duì)流，充分的流體對(duì)流極大地改變了傳統(tǒng)凝固條件下依靠傳導(dǎo)單向傳熱和擴(kuò)散緩慢傳質(zhì)的狀態(tài)。使熔體內(nèi)的熱量和物質(zhì)快速混合，使熔體在整體上溫度和成分相對(duì)均勻，這極大地增加形核率，并且晶粒處于不斷的運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，晶粒處于這種相對(duì)均勻的生長(zhǎng)環(huán)境中，極大地削弱了產(chǎn)生枝晶的條件，使得晶粒在各個(gè)方向上均勻長(zhǎng)大。

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