壓(ya)(ya)(ya)力(li)對鑄(zhu)(zhu)錠的(de)凝固(gu)相(xiang)(xiang)變和(he)組(zu)織(zhi)有十分重要的(de)影響，如壓(ya)(ya)(ya)力(li)能提(ti)高晶粒形核速率(lv)，減小臨(lin)界(jie)形核半徑，增大(da)冷卻速率(lv)，細化枝晶組(zu)織(zhi)，減輕或(huo)消除(chu)凝固(gu)缺(que)陷(xian)（疏松、縮孔、氣(qi)孔和(he)偏(pian)析(xi)）以及改變析(xi)出相(xiang)(xiang)形貌和(he)類型等(deng)(deng)。由于鋼鐵材料固(gu)／液(ye)相(xiang)(xiang)線溫度較(jiao)高，加壓(ya)(ya)(ya)難度相(xiang)(xiang)對較(jiao)大(da)，不(bu)過(guo)，較(jiao)低(di)壓(ya)(ya)(ya)力(li)依然具有改善(shan)鑄(zhu)(zhu)型和(he)鑄(zhu)(zhu)錠間換熱條件、打破液(ye)相(xiang)(xiang)中氮氣(qi)泡等(deng)(deng)壓(ya)(ya)(ya)力(li)平(ping)衡的(de)能力(li)，進而達到改善(shan)鋼鐵凝固(gu)組(zu)織(zhi)，減輕或(huo)消除(chu)凝固(gu)缺(que)陷(xian)等(deng)(deng)目的(de)。

一、枝晶組織

  枝(zhi)晶組織的(de)出現(xian)和(he)生長與(yu)液(ye)相中(zhong)的(de)成(cheng)(cheng)分過冷密不可分，當凝(ning)固(gu)(gu)界面(mian)(mian)出現(xian)擾動(dong)導致液(ye)相出現(xian)局(ju)部成(cheng)(cheng)分過冷時，液(ye)相中(zhong)就具備了促使界面(mian)(mian)發(fa)生波動(dong)的(de)驅動(dong)力(li)，進一步(bu)增大了凝(ning)固(gu)(gu)界面(mian)(mian)的(de)不穩定性，從(cong)而使凝(ning)固(gu)(gu)界面(mian)(mian)從(cong)平面(mian)(mian)狀向樹枝(zhi)狀轉變，形成(cheng)(cheng)枝(zhi)晶組織，液(ye)相中(zhong)成(cheng)(cheng)分過冷的(de)判據為(wei)

  式中(zhong)，GrL為(wei)液(ye)(ye)(ye)相溫度梯(ti)度；v為(wei)凝固(gu)速率(lv)(lv)；m為(wei)液(ye)(ye)(ye)相線(xian)斜率(lv)(lv)；CL為(wei)凝固(gu)界面處液(ye)(ye)(ye)相中(zhong)溶(rong)質(zhi)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)數(shu)(shu)；DL為(wei)液(ye)(ye)(ye)相中(zhong)溶(rong)質(zhi)的(de)(de)擴(kuo)散(san)系數(shu)(shu)；ko為(wei)溶(rong)質(zhi)分(fen)配(pei)系數(shu)(shu)。在(zai)(zai)不考(kao)慮壓(ya)力(li)(li)(li)強化(hua)冷卻（即GrL保持(chi)恒定）情況下，壓(ya)力(li)(li)(li)可通過改(gai)變液(ye)(ye)(ye)相線(xian)斜率(lv)(lv)、擴(kuo)散(san)系數(shu)(shu)和溶(rong)質(zhi)分(fen)配(pei)系數(shu)(shu)等(deng)凝固(gu)參數(shu)(shu)，改(gai)變枝(zhi)晶(jing)形貌(mao)甚至凝固(gu)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)組(zu)(zu)成。Zhang等(deng)對比了(le)高(gao)錳(meng)鋼（Fe-13Mn-1.2C)在(zai)(zai)常(chang)壓(ya)和6GPa下的(de)(de)凝固(gu)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。發(fa)現高(gao)錳(meng)鋼高(gao)壓(ya)下的(de)(de)凝固(gu)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)包(bao)含細小等(deng)軸晶(jing)和柱狀(zhuang)晶(jing)，與常(chang)壓(ya)下的(de)(de)凝固(gu)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)截(jie)然不同(tong)（圖2-107).晶(jing)粒(li)(li)尺(chi)寸統計結果表明，高(gao)錳(meng)鋼在(zai)(zai)常(chang)壓(ya)下的(de)(de)晶(jing)粒(li)(li)尺(chi)寸為(wei)（160±45)μm,6GPa下為(wei)（7.5±2.5)μm,壓(ya)力(li)(li)(li)細化(hua)晶(jing)粒(li)(li)可達21倍之多，主要(yao)歸因于增(zeng)加(jia)凝固(gu)壓(ya)力(li)(li)(li)降(jiang)低了(le)液(ye)(ye)(ye)相中(zhong)溶(rong)質(zhi)擴(kuo)散(san)系數(shu)(shu)以及增(zeng)大(da)(da)了(le)擴(kuo)散(san)激活能，進而增(zeng)大(da)(da)了(le)液(ye)(ye)(ye)相成分(fen)過冷度，在(zai)(zai)抑(yi)(yi)制枝(zhi)晶(jing)生長(chang)(chang)的(de)(de)同(tong)時增(zeng)大(da)(da)了(le)形核(he)率(lv)(lv)［129,153],從而使(shi)得(de)高(gao)錳(meng)鋼凝固(gu)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)逐(zhu)步向枝(zhi)晶(jing)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)轉(zhuan)變，且細化(hua)十分(fen)顯著。Kashchiev和Vasudevan等(deng)的(de)(de)研究表明。在(zai)(zai)凝固(gu)過程中(zhong)，當固(gu)相摩(mo)爾體積小于液(ye)(ye)(ye)相摩(mo)爾體積時，加(jia)壓(ya)有助于提(ti)高(gao)形核(he)率(lv)(lv)，起到(dao)細化(hua)凝固(gu)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)的(de)(de)作用，大(da)(da)多數(shu)(shu)金(jin)屬合金(jin)屬于此(ci)類；反之，加(jia)壓(ya)將抑(yi)(yi)制晶(jing)粒(li)(li)的(de)(de)形核(he)，如(ru)水凝固(gu)成冰。此(ci)外，壓(ya)力(li)(li)(li)還能夠抑(yi)(yi)制枝(zhi)晶(jing)沿壓(ya)力(li)(li)(li)梯(ti)度方(fang)向的(de)(de)生長(chang)(chang),從而導(dao)致(zhi)枝(zhi)晶(jing)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)和微(wei)觀偏析呈現方(fang)向性。

  為(wei)了(le)準確地論述(shu)壓(ya)力對凝固組(zu)織的影(ying)響規律，本節將(jiang)以19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)和M42工具鋼(gang)加壓(ya)凝固組(zu)織為(wei)例(li)，詳細分(fen)析(xi)(xi)壓(ya)力對枝晶(jing)組(zu)織、析(xi)(xi)出相等的影(ying)響。

 1. 柱狀晶向(xiang)等軸晶轉變（CET)

   鑄(zhu)錠的(de)(de)(de)宏觀組織主要由晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)貌、尺寸以及(ji)(ji)取(qu)向(xiang)分(fen)布等(deng)(deng)構(gou)成(cheng)，在合金(jin)成(cheng)分(fen)一定的(de)(de)(de)情況下(xia)，它主要取(qu)決(jue)于(yu)鋼液(ye)在凝固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中的(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)條件（包括澆注溫(wen)度(du)和(he)鑄(zhu)型的(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)效(xiao)果等(deng)(deng)。鑄(zhu)錠的(de)(de)(de)典型宏觀組織可分(fen)為三個區(qu)(qu)：表(biao)層細(xi)(xi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)、柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)以及(ji)(ji)中心等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)。表(biao)層的(de)(de)(de)細(xi)(xi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)是由于(yu)鋼液(ye)在鑄(zhu)型的(de)(de)(de)激冷(leng)(leng)作用下(xia)，具(ju)有(you)較大(da)的(de)(de)(de)過(guo)冷(leng)(leng)度(du)，進而在鑄(zhu)型壁面以異(yi)質形(xing)(xing)(xing)核的(de)(de)(de)方(fang)式(shi)大(da)量形(xing)(xing)(xing)核并長大(da)，最后(hou)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)細(xi)(xi)小(xiao)的(de)(de)(de)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)，即表(biao)層細(xi)(xi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)。隨(sui)著(zhu)凝固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)進行，表(biao)層細(xi)(xi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)逐步形(xing)(xing)(xing)成(cheng)金(jin)屬(shu)外殼，使得(de)傳熱(re)具(ju)備單向(xiang)性(xing)，有(you)助于(yu)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)沿傳熱(re)方(fang)向(xiang)生長，呈現出(chu)方(fang)向(xiang)性(xing)，從而形(xing)(xing)(xing)成(cheng)柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)，也(ye)導致了表(biao)層細(xi)(xi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)區(qu)(qu)域窄小(xiao)，厚度(du)通常(chang)為幾毫米(mi)。在后(hou)續的(de)(de)(de)凝固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)中，伴隨(sui)著(zhu)凝固(gu)(gu)(gu)潛熱(re)的(de)(de)(de)釋放，凝固(gu)(gu)(gu)前沿溫(wen)度(du)梯(ti)度(du)減(jian)(jian)小(xiao)，傳熱(re)的(de)(de)(de)單向(xiang)性(xing)減(jian)(jian)弱，成(cheng)分(fen)過(guo)冷(leng)(leng)度(du)增大(da)，進而使得(de)晶(jing)(jing)(jing)(jing)粒(li)生長的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)性(xing)減(jian)(jian)弱，抑制了柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)生長，同時(shi)也(ye)促進了鑄(zhu)錠心部異(yi)質形(xing)(xing)(xing)核的(de)(de)(de)發生，從而有(you)助于(yu)柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)向(xiang)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)轉變，最終(zhong)形(xing)(xing)(xing)成(cheng)中心等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)(qu)。

   因(yin)此(ci)(ci)，鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)有(you)兩(liang)類(lei)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)組(zu)織(zhi)(zhi)，即等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)和(he)(he)柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)，通常(chang)采用枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)間距(ju)和(he)(he)CET位(wei)置(zhi)(zhi)對其進行表征。圖2-108(a)給出了(le)凝固壓(ya)力(li)(li)分別為0.5MPa、0.85MPa和(he)(he)1.2MPa的(de)(de)(de)19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)縱剖(pou)面上(shang)的(de)(de)(de)宏觀(guan)組(zu)織(zhi)(zhi)；CET位(wei)置(zhi)(zhi)到(dao)鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)邊(bian)部(bu)距(ju)離的(de)(de)(de)統計平均值分別為19.8mm、22.1mm和(he)(he)27.4mm,增(zeng)量可達7.6mm,如圖2-108(b)所示。統計結果表明(ming)，隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)，CET 位(wei)置(zhi)(zhi)逐漸(jian)由邊(bian)部(bu)向(xiang)(xiang)心(xin)部(bu)移(yi)動，柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)區(qu)域增(zeng)大(da)(da)(da)，中心(xin)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)區(qu)域減小。根據柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)向(xiang)(xiang)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)轉變的(de)(de)(de)阻擋判據可知(zhi)［156],當(dang)柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)尖(jian)(jian)端處(chu)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)體積分數大(da)(da)(da)于臨(lin)界值時，柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)尖(jian)(jian)端生(sheng)長(chang)受到(dao)抑制而停止，此(ci)(ci)時發生(sheng)柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)向(xiang)(xiang)中心(xin)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)轉變。因(yin)此(ci)(ci)，CET轉變很大(da)(da)(da)程度(du)上(shang)取決于中心(xin)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)的(de)(de)(de)形核和(he)(he)長(chang)大(da)(da)(da)。由于壓(ya)力(li)(li)強(qiang)化冷卻(que)(que)效果十分明(ming)顯，增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)加快(kuai)了(le)鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)的(de)(de)(de)冷卻(que)(que)，增(zeng)大(da)(da)(da)了(le)鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)的(de)(de)(de)溫度(du)梯(ti)度(du)，從而降低了(le)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)前沿的(de)(de)(de)成分過冷度(du)，此(ci)(ci)時，等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)在柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)尖(jian)(jian)端的(de)(de)(de)形核和(he)(he)長(chang)大(da)(da)(da)就會(hui)受到(dao)嚴重阻礙和(he)(he)抑制;反(fan)之(zhi)，降低壓(ya)力(li)(li)，有(you)助(zhu)于等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)在柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)尖(jian)(jian)端處(chu)的(de)(de)(de)形核和(he)(he)長(chang)大(da)(da)(da)，從而提(ti)前并加快(kuai)了(le)CET.因(yin)此(ci)(ci)，當(dang)壓(ya)力(li)(li)從0.5MPa增(zeng)加到(dao)1.2MPa時，壓(ya)力(li)(li)通過強(qiang)化冷卻(que)(que)擴大(da)(da)(da)了(le)柱(zhu)(zhu)狀(zhuang)(zhuang)(zhuang)(zhuang)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)，促使CET轉變位(wei)置(zhi)(zhi)在徑向(xiang)(xiang)上(shang)逐漸(jian)由邊(bian)部(bu)向(xiang)(xiang)心(xin)部(bu)移(yi)動。此(ci)(ci)外，在0.5MPa、0.85MPa和(he)(he)1.2MPa下，19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼鑄(zhu)(zhu)(zhu)錠(ding)縱剖(pou)面的(de)(de)(de)宏觀(guan)組(zu)織(zhi)(zhi)中均存在較窄的(de)(de)(de)表層細(xi)晶(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)區(qu)。

為了進一步研究壓力對CET的影響規(gui)律，在不考慮壓力強化(hua)冷卻效(xiao)果的前(qian)提下，對枝晶尖端生長速率v.隨壓力的變化(hua)規(gui)律進行理論計算，可采用(yong)KGT模型，,即

  基于2.3.2節分析所得ko和D等相關參數隨壓力的變化規律，結合式（2-188)和式（2-189)可得出不同過冷度下壓力對枝晶尖端生長速率的影響規律。對于19Cr14Mn0.9N 含氮鋼體系，當枝晶尖端的成分過冷度由某一元素偏聚造成時，壓力對枝晶尖端生長速率影響規律如圖2-109所示；當枝晶尖端的過冷度分別由錳和鉬造成時，增加壓力降低了枝晶尖端生長速率；當枝晶尖端的過冷度分別由鉻、碳和氮造成時，增加壓力會增大枝晶尖端生長速率。此外，隨著過冷度的增加，壓力對枝晶尖端生長速率的影響隨之增大；對比0.5MPa和10MPa下的枝晶生長尖端速率可知，枝晶尖端生長速率因壓力改變的變化量可達0.1mm/s,并且壓力越大，枝晶尖端生長速率的變化量越大；因而在高壓下，不考慮壓力強化冷卻效果時，壓力對枝晶尖端生長速率的影響也較大，進而影響CET位置。然而，當壓力從0.5MPa增加至1.2MPa,且不考慮壓力強化冷卻效果時，壓力對枝晶尖端的生長速率的影響較小，可以忽略不計。

   綜上所述，凝(ning)固壓力(li)的(de)增加會對(dui)枝晶(jing)尖(jian)端生長速率產生重要(yao)影響，且壓力(li)的(de)增量越大，影響越明顯。結合實驗和KGT模型理論計算可知，低壓下，當凝(ning)固壓力(li)從0.5MPa 增加至1.2MPa時，壓力(li)主要(yao)通過強化(hua)冷(leng)卻的(de)方式，使得鑄錠CET位置逐漸由(you)邊部(bu)(bu)向心部(bu)(bu)移動。

 2. 枝晶間距

  相(xiang)鄰同(tong)次枝(zhi)(zhi)晶(jing)臂之(zhi)間(jian)(jian)的垂直(zhi)距(ju)(ju)離(li)稱為枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)，枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)的大小(xiao)表征了枝(zhi)(zhi)晶(jing)組織(zhi)細化程度(du)，枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)越小(xiao)，枝(zhi)(zhi)晶(jing)組織(zhi)越細密［162],通常考慮的枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)有一(yi)次枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)入1和二次枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)λ2.一(yi)次枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)距(ju)(ju)與(yu)凝(ning)固速率v和溫度(du)梯度(du)Gr的關系(xi)為

  由式（2-191)可知，合金體系一定時(shi)，分析(xi)局(ju)部區域(yu)冷卻速(su)(su)率v.和(he)(he)溫(wen)度(du)梯度(du)Gr隨壓力的(de)(de)變化趨勢，有助(zhu)于闡明壓力對一次(ci)枝晶(jing)(jing)(jing)間距λ1的(de)(de)影響規律(lv)。因(yin)局(ju)部區域(yu)冷卻速(su)(su)率vc和(he)(he)溫(wen)度(du)梯度(du)Gr的(de)(de)測(ce)量難(nan)度(du)較(jiao)大，可用(yong)(yong)模擬計算的(de)(de)方式獲得。在不(bu)同(tong)凝固壓力下(xia)的(de)(de)組織(zhi)模擬過程(cheng)中，不(bu)考慮疏松縮孔對晶(jing)(jing)(jing)區分布的(de)(de)影響，模擬結(jie)果如圖2-110所示。為了更準(zhun)確地找到CET位(wei)(wei)置，使用(yong)(yong)平均(jun)縱(zong)橫(heng)比（晶(jing)(jing)(jing)粒(li)最短邊(bian)與最長邊(bian)的(de)(de)比率）來區分柱狀晶(jing)(jing)(jing)和(he)(he)等軸晶(jing)(jing)(jing)：當晶(jing)(jing)(jing)粒(li)的(de)(de)縱(zong)橫(heng)比大于0.4時(shi)，晶(jing)(jing)(jing)粒(li)為等軸晶(jing)(jing)(jing)；當晶(jing)(jing)(jing)粒(li)的(de)(de)縱(zong)橫(heng)比小于0.4時(shi)，則為柱狀晶(jing)(jing)(jing)。根據阻擋判(pan)據，等軸晶(jing)(jing)(jing)體積(ji)分數的(de)(de)臨界值設定為0.49，以此作為依據，19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼在0.5MPa、0.85MPa 和(he)(he)1.2MPa 壓力下(xia)，CET 位(wei)(wei)置在徑(jing)向上離(li)鑄錠邊(bian)部的(de)(de)平均(jun)距離(li)分別為18.1mm、19.8mm和(he)(he)25.3mm.

  19Cr14Mn0.9N 含氮鋼鑄(zhu)錠(ding)底部(bu)溫度(du)梯(ti)度(du) Gr和冷卻速(su)率v.隨(sui)壓(ya)力(li)(li)的變化規(gui)律，如圖2-111所示。在(zai)某一(yi)壓(ya)力(li)(li)條(tiao)件下，vc和Gr沿(yan)徑(jing)向由(you)(you)鑄(zhu)錠(ding)邊(bian)部(bu)到心(xin)部(bu)均呈現逐(zhu)漸(jian)減小(xiao)的趨(qu)勢(shi)，結合式（2-190)可知(zhi)，一(yi)次(ci)(ci)(ci)枝(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)距(ju)入(ru)1與(yu)v.和Gr成(cheng)反比，因而1沿(yan)徑(jing)向由(you)(you)邊(bian)部(bu)到心(xin)部(bu)逐(zhu)漸(jian)增大。當壓(ya)力(li)(li)從(cong)0.5MPa增加至1.2MPa時，在(zai)壓(ya)力(li)(li)強化冷卻的作用下，鑄(zhu)錠(ding)內各單元(yuan)體的vc和Gr隨(sui)之增大，且對(dui)鑄(zhu)錠(ding)邊(bian)緣(yuan)處的單元(yuan)體影(ying)響最大，在(zai)沿(yan)徑(jing)向向心(xin)部(bu)移動的過程中，壓(ya)力(li)(li)對(dui)vc和Gr的影(ying)響逐(zhu)步減弱。結合式（2-190)可知(zhi)，一(yi)次(ci)(ci)(ci)枝(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)距(ju)入(ru)1隨(sui)著vc和Gr的增大呈冪函數減小(xiao)。因此(ci)，隨(sui)著壓(ya)力(li)(li)增加，一(yi)次(ci)(ci)(ci)枝(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)距(ju)入(ru)1減小(xiao)，且越靠近鑄(zhu)錠(ding)邊(bian)部(bu)，入(ru)減小(xiao)趨(qu)勢(shi)越明顯，即壓(ya)力(li)(li)對(dui)柱狀晶(jing)一(yi)次(ci)(ci)(ci)枝(zhi)晶(jing)間(jian)(jian)(jian)距(ju)的影(ying)響大于(yu)中心(xin)等軸晶(jing)區(qu)。

  由邊部(bu)(bu)到心部(bu)(bu)逐漸增大(da)(da)，結合(he)式(shi)（2-192)可知，鑄錠心部(bu)(bu)的二(er)次(ci)枝晶間距(ju)入(ru)2大(da)(da)于邊部(bu)(bu)；壓(ya)力從(cong)0.5MPa增加(jia)至1.2MPa時，LST明顯減(jian)小(xiao)，二(er)次(ci)枝晶間距(ju)入(ru)2也(ye)隨之減(jian)小(xiao)。

  圖(tu)2-112 不同壓力(li)(li)下距(ju)(ju)(ju)離(li)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼鑄(zhu)錠底部(bu)130mm處LST計算值由于等(deng)軸(zhou)晶(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)一次枝(zhi)(zhi)晶(jing)臂彼此相(xiang)交且沿(yan)(yan)(yan)徑向(xiang)(xiang)(xiang)以幾乎(hu)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)速率向(xiang)(xiang)(xiang)四周生長，同時(shi)不同等(deng)軸(zhou)晶(jing)間(jian)不存在(zai)任何(he)確(que)定的(de)(de)(de)(de)(de)位向(xiang)(xiang)(xiang)關系，難以通過實驗對等(deng)軸(zhou)晶(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)一次晶(jing)間(jian)距(ju)(ju)(ju)進(jin)行測(ce)量(liang)(liang)，因此只(zhi)對CET前(qian)柱狀晶(jing)的(de)(de)(de)(de)(de)一次枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)距(ju)(ju)(ju)進(jin)行測(ce)量(liang)(liang)。圖(tu)2-113給出了距(ju)(ju)(ju)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼鑄(zhu)錠底部(bu)115mm的(de)(de)(de)(de)(de)高度(du)處一次枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)距(ju)(ju)(ju)入(ru)1和(he)(he)(he)(he)二次枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)距(ju)(ju)(ju)x2的(de)(de)(de)(de)(de)變化規律，在(zai)某(mou)一壓力(li)(li)下，沿(yan)(yan)(yan)徑向(xiang)(xiang)(xiang)由鑄(zhu)錠邊部(bu)向(xiang)(xiang)(xiang)心部(bu)移動的(de)(de)(de)(de)(de)過程(cheng)中，1和(he)(he)(he)(he)x2逐漸增(zeng)大；當壓力(li)(li)從0.5MPa增(zeng)加至1.2MPa時(shi)，1和(he)(he)(he)(he)入(ru)2均(jun)呈減小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢。基于埋設熱電(dian)偶(ou)的(de)(de)(de)(de)(de)測(ce)溫結果和(he)(he)(he)(he)式（2-195)可得，2nd和(he)(he)(he)(he)4h測(ce)溫位置處局部(bu)凝(ning)固時(shi)間(jian)隨壓力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加而縮短，如圖(tu)2-113(a)所示，從而導致x2的(de)(de)(de)(de)(de)減小(xiao)。對比可知，枝(zhi)(zhi)晶(jing)間(jian)距(ju)(ju)(ju)（λ和(he)(he)(he)(he)ん）和(he)(he)(he)(he)局部(bu)凝(ning)固時(shi)間(jian)沿(yan)(yan)(yan)徑向(xiang)(xiang)(xiang)和(he)(he)(he)(he)隨壓力(li)(li)變化趨(qu)勢的(de)(de)(de)(de)(de)實驗與模擬結果一致。

  綜上所(suo)述，增加壓(ya)力(li)能(neng)夠明顯(xian)減(jian)小(xiao)枝(zhi)晶間距（x1和x2),縮短局(ju)部(bu)凝固(gu)時間，細化凝固(gu)組(zu)(zu)織。鑄錠邊(bian)部(bu)和心(xin)部(bu)試樣(yang)的(de)枝(zhi)晶形貌如圖2-114所(suo)示，進一(yi)步佐證了增加壓(ya)力(li)具有明顯(xian)細化枝(zhi)晶組(zu)(zu)織的(de)作(zuo)用，且對柱狀晶的(de)影(ying)響大(da)于(yu)中(zhong)心(xin)等(deng)軸晶。

3. 晶(jing)粒(li)數

  鑄錠內(nei)晶(jing)粒數與晶(jing)粒臨界形核(he)半徑和形核(he)率有直接的關系，晶(jing)粒臨界形核(he)半徑為：

  其中(zhong)，Nm為與液(ye)相線溫度(du)、凝(ning)固(gu)潛熱、擴散激活能(neng)以及表面(mian)張力(li)有(you)關的系(xi)數(shu)。圖2-114給(gei)出(chu)了 19Cr14Mn0.9N 含氮鋼鑄(zhu)(zhu)錠等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)區內(nei)晶(jing)粒(li)數(shu)隨壓力(li)的變化規(gui)律(lv)。壓力(li)從0.5MPa增(zeng)加(jia)(jia)到(dao)(dao)1.2MPa時，中(zhong)心(xin)等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)區的寬(kuan)度(du)逐漸減小(xiao)，最小(xiao)值為56mm.19Cr14Mn0.9N含氮鋼鑄(zhu)(zhu)錠180mm(高(gao)(gao)）x56mm(寬(kuan)）等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)區內(nei)晶(jing)粒(li)數(shu)隨壓力(li)的變化規(gui)律(lv)如圖2-115所示(shi)。當(dang)凝(ning)固(gu)壓力(li)從0.5MPa增(zeng)加(jia)(jia)到(dao)(dao)0.85MPa時，晶(jing)粒(li)數(shu)目(mu)從9166增(zeng)加(jia)(jia)到(dao)(dao)9551;當(dang)凝(ning)固(gu)壓力(li)進一步增(zeng)加(jia)(jia)到(dao)(dao)1.2MPa時，晶(jing)粒(li)數(shu)目(mu)增(zeng)加(jia)(jia)到(dao)(dao)10128.因(yin)此，提高(gao)(gao)凝(ning)固(gu)壓力(li)，鑄(zhu)(zhu)錠等(deng)(deng)軸(zhou)晶(jing)區內(nei)晶(jing)粒(li)數(shu)明(ming)顯增(zeng)大。

  在(zai)低壓下(xia)，如壓力從(cong)0.5MPa增(zeng)至(zhi)1.2MPa時，液相(xiang)線溫度(du)(du)(du)、凝固潛熱、擴散激活能(neng)以及表面張力的變(bian)量非常(chang)小，幾(ji)乎(hu)可以忽略(lve)，這樣可以假設Nm在(zai)0.5MPa、晶(jing)粒數(shu)(shu)0.85MPa和(he)1.2MPa下(xia)相(xiang)等，近似為常(chang)數(shu)(shu)。提(ti)高壓力能(neng)夠明顯(xian)地增(zeng)大(da)鑄(zhu)錠的溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)（圖(tu)2-111),溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)越大(da)，單(dan)位(wei)時間內(nei)從(cong)糊(hu)狀(zhuang)區內(nei)導出結晶(jing)潛熱的量越大(da)，進而(er)提(ti)高了糊(hu)狀(zhuang)區內(nei)過(guo)冷度(du)(du)(du)；反之(zhi)亦然，這意(yi)味著(zhu)糊(hu)狀(zhuang)區過(guo)冷度(du)(du)(du)與(yu)溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)隨壓力的變(bian)化趨勢相(xiang)同，即隨著(zhu)壓力的提(ti)高而(er)增(zeng)大(da)。結合式(shi)（2-193)和(he)式(shi)（2-197)可知，隨著(zhu)糊(hu)狀(zhuang)區內(nei)過(guo)冷度(du)(du)(du)ΔT的增(zeng)加，晶(jing)粒臨(lin)界形核半(ban)徑rk減小，形核率Na增(zeng)大(da)，有助于提(ti)高鑄(zhu)錠內(nei)晶(jing)粒數(shu)(shu)。因(yin)此，增(zeng)加壓力有利于增(zeng)加晶(jing)粒數(shu)(shu)。

  距(ju)離(li)(li)19Cr14Mn0.9N含氮鋼鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)底部(bu)(bu)(bu)130mm的(de)高度(du)(du)(du)處，晶粒(li)數(shu)(shu)隨(sui)壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)變化(hua)規律如圖2-116所示。在某一凝(ning)固壓(ya)(ya)力(li)(li)下，鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部(bu)(bu)(bu)的(de)晶粒(li)數(shu)(shu)目最大(da)，隨(sui)著(zhu)離(li)(li)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部(bu)(bu)(bu)距(ju)離(li)(li)的(de)增(zeng)加(jia)，由(you)于(yu)(yu)糊(hu)狀區(qu)(qu)內(nei)過冷度(du)(du)(du)的(de)減小，晶粒(li)數(shu)(shu)也(ye)隨(sui)之減少。隨(sui)著(zhu)壓(ya)(ya)力(li)(li)提高，晶粒(li)數(shu)(shu)均(jun)呈(cheng)增(zeng)大(da)趨勢(shi)(shi)，且(qie)柱狀晶區(qu)(qu)內(nei)軸(zhou)向切片上晶粒(li)數(shu)(shu)的(de)增(zeng)量(liang)明(ming)顯(xian)大(da)于(yu)(yu)中心等軸(zhou)晶區(qu)(qu)。因(yin)為在壓(ya)(ya)力(li)(li)強化(hua)冷卻的(de)作用下，整個鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)的(de)溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)均(jun)有增(zeng)大(da)趨勢(shi)(shi)，導(dao)致(zhi)糊(hu)狀區(qu)(qu)內(nei)過冷度(du)(du)(du)的(de)增(zeng)加(jia)。同時，由(you)于(yu)(yu)距(ju)離(li)(li)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)和鑄(zhu)(zhu)型換(huan)熱(re)界面越(yue)近，溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)受界面換(huan)熱(re)的(de)影響越(yue)大(da)，鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部(bu)(bu)(bu)溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)隨(sui)壓(ya)(ya)力(li)(li)變化(hua)趨勢(shi)(shi)越(yue)明(ming)顯(xian)，進而(er)增(zeng)加(jia)凝(ning)固壓(ya)(ya)力(li)(li)，鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部(bu)(bu)(bu)溫度(du)(du)(du)梯(ti)度(du)(du)(du)的(de)增(zeng)量(liang)明(ming)顯(xian)大(da)于(yu)(yu)心部(bu)(bu)(bu)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)離(li)(li)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部(bu)(bu)(bu)較(jiao)近的(de)柱狀晶區(qu)(qu)內(nei)晶粒(li)數(shu)(shu)的(de)增(zeng)量(liang)明(ming)顯(xian)大(da)于(yu)(yu)中心等軸(zhou)晶區(qu)(qu)。

二、疏松縮(suo)孔

  鑄錠產生(sheng)疏松縮(suo)(suo)孔的(de)(de)(de)基本原因是(shi)鑄錠從(cong)澆注溫(wen)度冷(leng)卻(que)至固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)線(xian)(xian)溫(wen)度時產生(sheng)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)收(shou)縮(suo)(suo)（液(ye)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)和(he)凝固(gu)(gu)收(shou)縮(suo)(suo)之和(he)）大于固(gu)(gu)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)。當鋼液(ye)從(cong)澆注溫(wen)度冷(leng)卻(que)至液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)線(xian)(xian)溫(wen)度時所(suo)(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)收(shou)縮(suo)(suo)為液(ye)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)，鋼液(ye)進一步從(cong)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)線(xian)(xian)溫(wen)度冷(leng)卻(que)至固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)線(xian)(xian)溫(wen)度時（即發生(sheng)凝固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)變時）所(suo)(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)收(shou)縮(suo)(suo)為凝固(gu)(gu)收(shou)縮(suo)(suo)［87],固(gu)(gu)態(tai)收(shou)縮(suo)(suo)是(shi)指(zhi)固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)在冷(leng)卻(que)過程中所(suo)(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)體(ti)(ti)(ti)收(shou)縮(suo)(suo)。疏松縮(suo)(suo)孔的(de)(de)(de)出(chu)現嚴(yan)重降低了(le)鑄錠的(de)(de)(de)力學和(he)耐腐蝕(shi)性能以及(ji)成(cheng)材率，是(shi)鑄錠的(de)(de)(de)嚴(yan)重缺(que)陷之一。

 在(zai)凝(ning)固過程中鑄錠內出(chu)現體(ti)積小(xiao)而彌散的(de)(de)空洞(dong)為疏松，體(ti)積大且集中的(de)(de)為縮(suo)(suo)孔。疏松由(you)在(zai)糊狀(zhuang)區內液(ye)(ye)相(xiang)體(ti)積分(fen)(fen)數降到一定程度時，液(ye)(ye)相(xiang)流動(dong)困難(nan)，液(ye)(ye)態(tai)收縮(suo)(suo)與凝(ning)固收縮(suo)(suo)之和超過固態(tai)收縮(suo)(suo)的(de)(de)那部分(fen)(fen)收縮(suo)(suo)量無法得(de)到補縮(suo)(suo)所導致，因而疏松的(de)(de)形成(cheng)與枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)相(xiang)的(de)(de)流動(dong)有(you)密(mi)切(qie)關聯［72,87].在(zai)糊狀(zhuang)區內，體(ti)收縮(suo)(suo)主要由(you)凝(ning)固收縮(suo)(suo)組(zu)成(cheng)，且為枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)體(ti)流動(dong)的(de)(de)主要驅動(dong)力，因而枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)相(xiang)的(de)(de)流速(su)u可表(biao)示為

  式(shi)(shi)中(zhong)，PΔx＝Ps+Pf(其中(zhong)，Pt為鋼液靜壓力(li)(li)，Pf=pgh;Ps為凝固(gu)壓力(li)(li)）。結合(he)式(shi)(shi)（2-202)可知，增加凝固(gu)壓力(li)(li)，Px增大(da)，強化(hua)了枝(zhi)晶間(jian)液相的(de)補縮能(neng)力(li)(li)，進而有(you)助于(yu)避免疏松的(de)形(xing)成［91].此外，糊(hu)(hu)狀(zhuang)區越(yue)寬(kuan)，枝(zhi)晶網狀(zhuang)結構越(yue)復雜，枝(zhi)晶間(jian)補縮的(de)距離越(yue)長阻力(li)(li)越(yue)大(da)，滲(shen)透率K越(yue)小，疏松越(yue)容易(yi)(yi)形(xing)成。因此，疏松易(yi)(yi)于(yu)在糊(hu)(hu)狀(zhuang)區較寬(kuan)的(de)鑄錠以(yi)體積凝固(gu)或同時凝固(gu)方式(shi)(shi)凝固(gu)時形(xing)成。相比之下，縮孔(kong)傾向于(yu)在糊(hu)(hu)狀(zhuang)區較窄的(de)鑄錠以(yi)逐(zhu)層凝固(gu)方式(shi)(shi)的(de)凝固(gu)過程中(zhong)出現。

  不(bu)同凝(ning)固(gu)壓(ya)力下（0.5MPa、0.85MPa和1.2MPa),19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼(gang)鑄錠(ding)(ding)縱剖面(mian)(mian)上(shang)疏松(song)縮(suo)孔(kong)的(de)分布情(qing)況如(ru)圖2-117所(suo)示(shi)。隨(sui)著(zhu)凝(ning)固(gu)壓(ya)力的(de)增(zeng)加(jia)，疏松(song)和縮(suo)孔(kong)的(de)總面(mian)(mian)積(ji)大(da)幅(fu)度(du)減小(xiao)，且(qie)疏松(song)逐漸(jian)消(xiao)失。由于壓(ya)力具(ju)有顯(xian)著(zhu)的(de)強化(hua)(hua)冷卻效果，增(zeng)大(da)凝(ning)固(gu)壓(ya)力，強化(hua)(hua)了鑄錠(ding)(ding)和鑄型間(jian)的(de)界面(mian)(mian)換熱，加(jia)快了鑄錠(ding)(ding)的(de)冷卻速率，從(cong)而(er)(er)增(zeng)大(da)了鑄錠(ding)(ding)溫度(du)梯(ti)度(du)Gr;在合金(jin)體(ti)系一定(ding)的(de)情(qing)況下，糊(hu)狀(zhuang)區隨(sui)之確定(ding)，那么糊(hu)狀(zhuang)區的(de)寬度(du)隨(sui)溫度(du)梯(ti)度(du)Gr的(de)增(zeng)大(da)而(er)(er)減小(xiao)171],進而(er)(er)導致枝(zhi)晶網狀(zhuang)結構的(de)形(xing)成受到抑制。凝(ning)固(gu)方式逐漸(jian)由體(ti)積(ji)凝(ning)固(gu)向逐層凝(ning)固(gu)過渡，增(zeng)大(da)了滲透率K,從(cong)而(er)(er)降低和縮(suo)短枝(zhi)晶間(jian)補(bu)縮(suo)時液相流動的(de)阻(zu)力和距(ju)離。此(ci)外，基于以上(shang)理論(lun)分析并結合判據式（2-202)可(ke)知(zhi)，增(zeng)加(jia)凝(ning)固(gu)壓(ya)力等效于增(zeng)大(da)了Px,使其遠大(da)于枝(zhi)晶間(jian)液相補(bu)縮(suo)時所(suo)需(xu)壓(ya)力。因(yin)此(ci)，加(jia)壓(ya)有利于枝(zhi)晶間(jian)液相的(de)補(bu)縮(suo)行為，且(qie)有助于大(da)幅(fu)度(du)減小(xiao)或消(xiao)除疏松(song)缺陷。

三、凝固析出相

  根(gen)據相(xiang)所含非金(jin)屬元素的種類，可將凝固析出(chu)相(xiang)分(fen)為氮化(hua)物(wu)(wu)、碳化(hua)物(wu)(wu)等(deng)，與(yu)碳化(hua)物(wu)(wu)相(xiang)比，氮化(hua)物(wu)(wu)尺寸一般較(jiao)小，為了更加清楚(chu)直觀地論述增(zeng)加壓(ya)力(li)對凝固析出(chu)相(xiang)的影響，本節將著重(zhong)以高速鋼M42中(zhong)碳化(hua)物(wu)(wu)為例，闡述壓(ya)力(li)對凝固析出(chu)相(xiang)的類型、形貌、成分(fen)等(deng)影響規律。

  高速(su)鋼碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)數量繁多、種(zhong)類各(ge)異(yi)。不(bu)(bu)同(tong)(tong)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)特性不(bu)(bu)同(tong)(tong)、成分(fen)(fen)不(bu)(bu)同(tong)(tong)、形貌(mao)(mao)也各(ge)有(you)(you)差(cha)異(yi)；按(an)照碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)形貌(mao)(mao)特征及(ji)生(sheng)成機(ji)制(zhi)的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)，可(ke)將高速(su)鋼中碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)分(fen)(fen)為(wei)一(yi)(yi)(yi)次碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)和二(er)次碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)兩(liang)大(da)(da)部分(fen)(fen)。一(yi)(yi)(yi)次碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)又(you)稱為(wei)“初生(sheng)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)”，即在凝固(gu)過(guo)程中直接從液相(xiang)中析出的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，包括各(ge)種(zhong)先共晶和共晶碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，有(you)(you)M6C、M2C、MC等(deng)不(bu)(bu)同(tong)(tong)類型。一(yi)(yi)(yi)次碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)尺寸比較大(da)(da)，屬于微米級別，在后續(xu)熱(re)加工和熱(re)處(chu)理工藝中將被破碎或(huo)分(fen)(fen)解成尺寸較小(xiao)的(de)(de)顆粒狀(zhuang)存(cun)在于鋼中。二(er)次碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)是指在凝固(gu)過(guo)程中或(huo)熱(re)處(chu)理時從固(gu)相(xiang)基(ji)體（高溫(wen)鐵素體、奧氏(shi)體、馬氏(shi)體等(deng)）中析出的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)，分(fen)(fen)為(wei)M6C、MC、M23C6、M7C3、M2C等(deng)不(bu)(bu)同(tong)(tong)類型。高速(su)鋼中碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)成分(fen)(fen)波動范圍較大(da)(da)，不(bu)(bu)同(tong)(tong)鋼種(zhong)、不(bu)(bu)同(tong)(tong)條件產生(sheng)的(de)(de)同(tong)(tong)一(yi)(yi)(yi)類型的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)也會(hui)有(you)(you)不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)成分(fen)(fen)，甚至同(tong)(tong)一(yi)(yi)(yi)粒碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong)部位，也會(hui)有(you)(you)成分(fen)(fen)的(de)(de)差(cha)異(yi)。各(ge)碳(tan)(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)形貌(mao)(mao)、成分(fen)(fen)及(ji)分(fen)(fen)布(bu)見表(biao)2-14.

  M2C具有密排(pai)六方晶(jing)體結構［172-175,179],其主要形(xing)(xing)成元素(su)通常是鉬、釩(fan)和鎢，鉻(ge)及(ji)鐵的(de)(de)含量則較少。M2C 共(gong)晶(jing)碳化(hua)物(wu)一般以亞穩態存在(zai)于(yu)鋼(gang)(gang)中(zhong)。尺(chi)寸較小、片層較薄(bo)且(qie)沒(mei)有中(zhong)間脊骨，在(zai)高(gao)溫時易發生分(fen)解(jie)反應：M2C+Fe(Y)→M6C+MC，分(fen)解(jie)成尺(chi)寸較小的(de)(de)顆粒狀M6C和MC。此(ci)外，與M6C相反，鋼(gang)(gang)液凝固時的(de)(de)冷卻(que)速率(lv)越快(kuai)，越有利(li)于(yu)M2C的(de)(de)形(xing)(xing)成。因此(ci)，提高(gao)鑄錠凝固時的(de)(de)冷卻(que)速率(lv)有利(li)于(yu)促進M2C的(de)(de)形(xing)(xing)成并細化(hua)M2C,同時可抑(yi)制(zhi)較大尺(chi)寸M6Cl。

  M6C具有復雜立方晶體結構，其(qi)(qi)結構中除碳(tan)(tan)原(yuan)子以外，鐵(tie)、鎢原(yuan)子約(yue)各占一半。M6C屬于(yu)穩定型碳(tan)(tan)化物，其(qi)(qi)形態為粗大(da)的(de)(de)骨骼狀(zhuang)。鋼液(ye)凝(ning)(ning)固時冷卻(que)速率越慢，M6C碳(tan)(tan)化物越易于(yu)形成和長大(da)。因此，M6C在高(gao)速鋼的(de)(de)心部往往含量較高(gao)，而(er)邊(bian)部較少或沒(mei)有。加快鑄錠凝(ning)(ning)固時的(de)(de)冷卻(que)速率有利(li)于(yu)細(xi)化M6C,提高(gao)鑄錠性能(neng)。

  MC具(ju)有(you)(you)面心(xin)立方(fang)(fang)(fang)結(jie)構(gou)(gou)，化(hua)(hua)學式為(wei)MC或者M4C3,其成(cheng)(cheng)分以釩(fan)為(wei)主。鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)、釩(fan)含量(liang)的(de)(de)增大可使MC增多，尺(chi)(chi)寸變大。高速(su)鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)還有(you)(you)M23C6、M3C、M7C3等(deng)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物。M23C6晶(jing)體結(jie)構(gou)(gou)為(wei)復雜面心(xin)立方(fang)(fang)(fang)結(jie)構(gou)(gou)，具(ju)有(you)(you)一定量(liang)的(de)(de)鎢、鉬，釩(fan)含量(liang)極少，含有(you)(you)大量(liang)的(de)(de)鉻(ge)、鐵元(yuan)素；與M2C相(xiang)同(tong)，M3C也(ye)是亞(ya)穩(wen)態相(xiang)。M7C3為(wei)復雜六方(fang)(fang)(fang)晶(jing)體結(jie)構(gou)(gou)，含有(you)(you)較多的(de)(de)鉻(ge)、鐵，主要(yao)(yao)存在于(yu)碳(tan)(tan)(tan)含量(liang)較高的(de)(de)鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。高速(su)鋼中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物具(ju)有(you)(you)兩個(ge)重要(yao)(yao)的(de)(de)特性(xing)(xing)：硬度和(he)熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)(xing)（加熱(re)(re)時(shi)溶解、聚(ju)集長(chang)大的(de)(de)難度）。這些特性(xing)(xing)反映了碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)(tan)(tan)和(he)金屬原(yuan)子(zi)(zi)結(jie)合鍵(jian)的(de)(de)強弱，與原(yuan)子(zi)(zi)結(jie)構(gou)(gou)和(he)尺(chi)(chi)寸有(you)(you)關(guan)。碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物的(de)(de)晶(jing)格結(jie)構(gou)(gou)與碳(tan)(tan)(tan)原(yuan)子(zi)(zi)半(ban)徑rc、金屬原(yuan)子(zi)(zi)半(ban)徑rx有(you)(you)關(guan)，如(ru)表(biao)2-15所示，rd/rx值越(yue)大，則(ze)越(yue)易(yi)形成(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)(gou)復雜的(de)(de)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物（M23C6、M3C等(deng)），越(yue)小則(ze)易(yi)形成(cheng)(cheng)結(jie)構(gou)(gou)簡單密堆型碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物（MC等(deng)）。表(biao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)熔點可作為(wei)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物熱(re)(re)穩(wen)定性(xing)(xing)的(de)(de)衡量(liang)指標，可見碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)原(yuan)子(zi)(zi)尺(chi)(chi)寸越(yue)接(jie)近，則(ze)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)(hua)物穩(wen)定性(xing)(xing)越(yue)高。

 1. 壓(ya)力對萊氏(shi)體(ti)的影響(xiang)

  凝固末期(qi)，由于(yu)偏析導致合金元素(su)在枝(zhi)晶間(jian)殘余(yu)液相(xiang)內富集發生共晶反應，從液相(xiang)中直接生成碳化物，它與奧氏(shi)(shi)(shi)體相(xiang)間(jian)排列，構成萊氏(shi)(shi)(shi)體組織(zhi)。因此高(gao)速鋼(gang)的(de)萊氏(shi)(shi)(shi)體組織(zhi)往往存在于(yu)枝(zhi)晶間(jian)。圖2-118為M2高(gao)速鋼(gang)的(de)低倍鑄(zhu)態(tai)組織(zhi)，可見一般情況下，相(xiang)鄰晶粒(li)(li)之間(jian)的(de)萊氏(shi)(shi)(shi)體組織(zhi)較為細小(xiao)，數(shu)量(liang)較少，而多(duo)個晶粒(li)(li)之間(jian)的(de)萊氏(shi)(shi)(shi)體組織(zhi)尺寸較大(da)，數(shu)量(liang)較多(duo)。

  高速鋼的萊氏(shi)體(ti)組織中含(han)有多種類(lei)型的碳化物，如(ru)M2C、M6C、MC等。M6C整體(ti)形(xing)貌類(lei)似魚(yu)骨(gu)，故又稱為(wei)“魚(yu)骨(gu)狀(zhuang)(zhuang)碳化物”，如(ru)圖2-119所(suo)示；M2C成片層狀(zhuang)(zhuang)，含(han)有M2C的共晶萊氏(shi)體(ti)具(ju)有“羽毛狀(zhuang)(zhuang)”、“扇狀(zhuang)(zhuang)”、“菊花(hua)狀(zhuang)(zhuang)”等形(xing)貌，如(ru)圖2-120所(suo)示；MC的生長時間較長，最終(zhong)尺寸較為(wei)粗大，往往以不規則的條狀(zhuang)(zhuang)出現，如(ru)圖2-120所(suo)示。

  a. 碳化物種(zhong)類及(ji)分布(bu)

   高速(su)鋼(gang)中(zhong)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)種(zhong)類與(yu)成(cheng)分和(he)(he)凝(ning)(ning)固(gu)過程中(zhong)的(de)(de)(de)冷卻(que)(que)速(su)率密(mi)不(bu)可分。M42 高速(su)工具(ju)(ju)鋼(gang)作為高鉬(mu)低(di)鎢鋼(gang)，其凝(ning)(ning)固(gu)組織(zhi)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)主(zhu)要為M2C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)；另外(wai)含有(you)少部(bu)分M6C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)，主(zhu)要存(cun)在(zai)于(yu)鑄(zhu)錠的(de)(de)(de)心部(bu)區域。圖2-121~圖2-123給出了M42高速(su)鋼(gang)鑄(zhu)錠在(zai)0.1MPa、1MPa和(he)(he)2MPa下(xia)1/4圓(yuan)鑄(zhu)錠板金相組織(zhi)。白色(se)斑點狀處的(de)(de)(de)萊(lai)氏(shi)體組織(zhi)中(zhong)的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)為具(ju)(ju)有(you)中(zhong)心脊(ji)骨，脊(ji)骨兩邊(bian)具(ju)(ju)有(you)平行分枝(zhi)的(de)(de)(de)魚骨狀M6C.M6C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)尺寸(cun)比(bi)M2C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)粗大(da)得(de)多且結(jie)構上相互(hu)連接緊(jin)密(mi)，極(ji)不(bu)利于(yu)鑄(zhu)錠的(de)(de)(de)后(hou)續碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)破碎，因此盡(jin)可能(neng)減少或避免凝(ning)(ning)固(gu)組織(zhi)中(zhong)M6C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)產生，有(you)助于(yu)提升其力(li)學(xue)性能(neng)等。隨著壓(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)(de)(de)增大(da)，萊(lai)氏(shi)體（白色(se)斑點）所占1/4圓(yuan)鑄(zhu)錠板的(de)(de)(de)面(mian)積比(bi)例(li)逐漸減小，加壓(ya)(ya)(ya)有(you)助于(yu)抑制(zhi)M6C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)與(yu)長大(da)，其主(zhu)要原因在(zai)于(yu)在(zai)較(jiao)低(di)壓(ya)(ya)(ya)力(li)下(xia)，加壓(ya)(ya)(ya)對凝(ning)(ning)固(gu)熱(re)力(li)學(xue)和(he)(he)動力(li)學(xue)參數(shu)的(de)(de)(de)影響十(shi)(shi)分有(you)限，但強化冷卻(que)(que)效果十(shi)(shi)分明同時(shi)(shi)凝(ning)(ning)固(gu)過程中(zhong)冷卻(que)(que)速(su)率越(yue)小，越(yue)有(you)利于(yu)魚骨狀M6C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)，且M6C越(yue)粗大(da)。因而增加壓(ya)(ya)(ya)力(li)主(zhu)要通過增大(da)鑄(zhu)錠和(he)(he)鑄(zhu)型間界面(mian)換熱(re)系數(shu)，提高鑄(zhu)錠的(de)(de)(de)冷卻(que)(que)速(su)率從而細(xi)化并抑制(zhi)M6C共(gong)晶(jing)(jing)碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)，且當壓(ya)(ya)(ya)力(li)增加到一定程度時(shi)(shi)，能(neng)夠完全抑制(zhi)富含M6C的(de)(de)(de)萊(lai)氏(shi)體形(xing)(xing)成(cheng)，消除其對組織(zhi)和(he)(he)性能(neng)的(de)(de)(de)不(bu)良影響。

   圖2-121(b)所示萊氏體(ti)組(zu)織中碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物為長條狀或者短(duan)(duan)棒狀的(de)M2C.凝固壓(ya)(ya)力不(bu)同，M2C的(de)尺寸、形貌以及分布的(de)緊(jin)密(mi)程度等均有(you)所不(bu)同。在0.1MPa壓(ya)(ya)力下(xia)，碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物分枝(zhi)較(jiao)少(shao)、片層較(jiao)長、尺寸較(jiao)大(da)、間(jian)距較(jiao)寬、共晶(jing)萊氏體(ti)與(yu)枝(zhi)晶(jing)臂的(de)界面較(jiao)平整；隨著壓(ya)(ya)力的(de)增(zeng)加(jia)，條狀或片層狀碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物的(de)間(jian)距逐漸減小，且開始斷開成大(da)量的(de)短(duan)(duan)棒碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物，碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物的(de)分枝(zhi)也逐漸增(zeng)多，并(bing)密(mi)集分布在枝(zhi)晶(jing)間(jian)，共晶(jing)萊氏體(ti)與(yu)枝(zhi)晶(jing)臂的(de)界面也較(jiao)為粗糙。此(ci)外，三個壓(ya)(ya)力下(xia)的(de)M2C幾乎沒有(you)晶(jing)體(ti)缺(que)陷，明壓(ya)(ya)力很難(nan)對(dui)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物晶(jing)格類(lei)型產生影響。

  b. 萊氏體(ti)尺寸

   萊(lai)氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)存在(zai)(zai)(zai)于枝(zhi)(zhi)晶間(jian)(jian)，與枝(zhi)(zhi)晶間(jian)(jian)距、形貌(mao)及(ji)分布(bu)密(mi)切相關(guan)，枝(zhi)(zhi)晶間(jian)(jian)距越小，枝(zhi)(zhi)晶間(jian)(jian)萊(lai)氏(shi)體(ti)(ti)尺(chi)(chi)寸(cun)也相應地細(xi)小且均(jun)勻分布(bu)。圖2-124和(he)圖2-125給出了不同壓力條件下M42鑄錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部和(he)心(xin)部萊(lai)氏(shi)體(ti)(ti)形貌(mao)和(he)尺(chi)(chi)寸(cun)分布(bu)，無論是鑄錠(ding)(ding)的邊(bian)(bian)部還是心(xin)部，尺(chi)(chi)寸(cun)不一的萊(lai)氏(shi)體(ti)(ti)組(zu)織(zhi)（黑色）均(jun)分布(bu)在(zai)(zai)(zai)枝(zhi)(zhi)晶間(jian)(jian)。在(zai)(zai)(zai)同一凝(ning)固壓力條件下，鑄錠(ding)(ding)邊(bian)(bian)部的枝(zhi)(zhi)晶間(jian)(jian)距明顯小于心(xin)部，因而(er)心(xin)部萊(lai)氏(shi)體(ti)(ti)要比邊(bian)(bian)部粗大(da)。

   隨(sui)著壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)增大(da)(da)(da)，在(zai)壓(ya)力(li)強化(hua)冷卻的(de)(de)(de)作用下，冷卻速率增大(da)(da)(da)，鑄錠局部(bu)凝固時(shi)間縮短(duan)，使得(de)枝(zhi)(zhi)晶組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)得(de)到了明(ming)顯細(xi)化(hua)且尺寸(cun)分布(bu)更(geng)均勻，進而導致(zhi)分布(bu)在(zai)枝(zhi)(zhi)晶間的(de)(de)(de)萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)也(ye)隨(sui)之細(xi)化(hua)，厚(hou)度大(da)(da)(da)大(da)(da)(da)減小且分布(bu)更(geng)加(jia)(jia)(jia)均勻。在(zai)0.1MPa 壓(ya)力(li)下，無論在(zai)邊部(bu)還是心部(bu)位(wei)置，鑄錠的(de)(de)(de)萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)均較為粗大(da)(da)(da)，且尺寸(cun)分布(bu)極不均勻，部(bu)分局部(bu)區域存在(zai)著大(da)(da)(da)量的(de)(de)(de)黑色(se)萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)，尤其在(zai)多(duo)個(ge)枝(zhi)(zhi)晶臂交(jiao)匯處(chu)，且尺寸(cun)異常粗大(da)(da)(da)。當壓(ya)力(li)增加(jia)(jia)(jia)至1MPa時(shi)，粗大(da)(da)(da)萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)得(de)到明(ming)顯細(xi)化(hua)，且尺寸(cun)分布(bu)更(geng)加(jia)(jia)(jia)均勻；當壓(ya)力(li)進一步增加(jia)(jia)(jia)至2MPa時(shi)，萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)得(de)到進一步地改善(shan)，組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)更(geng)加(jia)(jia)(jia)細(xi)密，尺寸(cun)更(geng)加(jia)(jia)(jia)均勻，粗大(da)(da)(da)萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)基本(ben)消失。萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)平均尺寸(cun)隨(sui)壓(ya)力(li)的(de)(de)(de)變化(hua)規(gui)律如(ru)圖(tu)2-126所示，壓(ya)力(li)從0.1MPa增加(jia)(jia)(jia)至2MPa時(shi)，萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)厚(hou)度由(you)28.37μm降低至22.92μm.因此(ci)，增加(jia)(jia)(jia)壓(ya)力(li)能夠明(ming)顯細(xi)化(hua)萊(lai)(lai)(lai)氏體(ti)(ti)(ti)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)，改善(shan)其分布(bu)狀態。

 2. 壓力(li)對碳化物的影(ying)響

  a. 碳化物尺寸

   以高速鋼中(zhong)(zhong)M2C共晶(jing)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物為例，M2C共晶(jing)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)(hua)物是(shi)通過(guo)(guo)凝固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)的(de)(de)共晶(jing)反應L→y+M2C產生(sheng)的(de)(de)。和(he)純金(jin)(jin)(jin)屬(shu)及固(gu)溶(rong)體合(he)金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)結(jie)晶(jing)過(guo)(guo)程(cheng)一樣(yang)，共晶(jing)轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)同(tong)樣(yang)需要經過(guo)(guo)形核與長大的(de)(de)過(guo)(guo)程(cheng)。結(jie)合(he)式(shi)（2-178)和(he)式(shi)（2-179),東北大學(xue)特殊鋼冶金(jin)(jin)(jin)研究所在控(kong)制溫度(du)不(bu)(bu)變(bian)(bian)(bian)的(de)(de)基礎上，計(ji)算了不(bu)(bu)同(tong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)下各元(yuan)素(su)在兩相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴散(san)(san)系數，探(tan)討凝固(gu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)與擴散(san)(san)激(ji)活(huo)(huo)能(neng)(neng)的(de)(de)關系。凝固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)溫度(du)T=1478K時(shi)，合(he)金(jin)(jin)(jin)元(yuan)素(su)（鉬、鎢(wu)、釩和(he)鉻）在M2C相(xiang)和(he)奧氏體相(xiang)γ中(zhong)(zhong)的(de)(de)擴散(san)(san)系數D隨(sui)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)規律如(ru)圖2-127和(he)圖2-128所示；從整體上看，隨(sui)著壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)逐漸(jian)(jian)增大，同(tong)溫度(du)M2C相(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)(de)合(he)金(jin)(jin)(jin)元(yuan)素(su)鉬和(he)鎢(wu)的(de)(de)擴散(san)(san)系數D呈減小趨(qu)勢(shi)，而合(he)金(jin)(jin)(jin)元(yuan)素(su)釩和(he)鉻則(ze)呈增大的(de)(de)趨(qu)勢(shi)，表明提(ti)高壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)可增大M2C中(zhong)(zhong)鉬、鎢(wu)元(yuan)素(su)的(de)(de)擴散(san)(san)激(ji)活(huo)(huo)能(neng)(neng)ΔGm,進而降(jiang)低(di)(di)其擴散(san)(san)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)；同(tong)時(shi)降(jiang)低(di)(di)釩、鉻元(yuan)素(su)的(de)(de)擴散(san)(san)激(ji)活(huo)(huo)能(neng)(neng)ΔGm,從而提(ti)高其擴散(san)(san)能(neng)(neng)力(li)(li)(li)。然而，當壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)在0.1~2MPa范圍內變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)時(shi)，各元(yuan)素(su)擴散(san)(san)系數的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)微(wei)乎其微(wei)，即(ji)保持恒定值。隨(sui)著凝固(gu)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)逐漸(jian)(jian)增大到50MPa,元(yuan)素(su)鉬的(de)(de)擴散(san)(san)系數才開始(shi)產生(sheng)較為明顯的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)，鎢(wu)、釩和(he)鉻元(yuan)素(su)的(de)(de)擴散(san)(san)系數甚至在100MPa壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)下仍未產生(sheng)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)。因此低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)下，元(yuan)素(su)擴散(san)(san)系數隨(sui)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)(hua)(hua)可忽(hu)略不(bu)(bu)計(ji)。

  的(de)(de)增大(da)(da)(da)而(er)降低，鉻元(yuan)素(su)的(de)(de)擴散(san)系數則隨著凝固壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)增大(da)(da)(da)而(er)增加(jia)，如圖2-128所示。即增大(da)(da)(da)凝固壓(ya)力(li)(li)具有提高奧氏體(ti)(ti)(ti)γ相(xiang)中(zhong)合金元(yuan)素(su)鉬、鎢和(he)釩的(de)(de)擴散(san)激活(huo)能(neng)(neng)ΔGm,降低其擴散(san)能(neng)(neng)力(li)(li)以(yi)及減小(xiao)元(yuan)素(su)鉻的(de)(de)擴散(san)激活(huo)能(neng)(neng)ΔGm和(he)增大(da)(da)(da)其擴散(san)能(neng)(neng)力(li)(li)的(de)(de)作用(yong)。與M2C差別(bie)在(zai)于，在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)γ中(zhong)，較(jiao)小(xiao)的(de)(de)凝固壓(ya)力(li)(li)便可發(fa)揮(hui)比(bi)較(jiao)明顯(xian)(xian)的(de)(de)作用(yong)，例如：當凝固壓(ya)力(li)(li)大(da)(da)(da)于2MPa時，元(yuan)素(su)鉻的(de)(de)擴散(san)系數隨壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)增加(jia)而(er)明顯(xian)(xian)增大(da)(da)(da)；鉬和(he)釩元(yuan)素(su)則在(zai)10MPa時開始隨壓(ya)力(li)(li)增加(jia)而(er)明顯(xian)(xian)減小(xiao)。可見(jian)，在(zai)相(xiang)同(tong)溫度(du)下，相(xiang)比(bi)于M2C相(xiang)，合金元(yuan)素(su)釩、鎢、鉬和(he)鉻在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)γ相(xiang)中(zhong)的(de)(de)擴散(san)情況受凝固壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)影(ying)響更為明顯(xian)(xian)。但(dan)在(zai)0.1~2MPa的(de)(de)壓(ya)力(li)(li)范圍(wei)內，合金元(yuan)素(su)在(zai)奧氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)γ中(zhong)的(de)(de)擴散(san)系數幾乎保持(chi)不變（㎡/s):DMo=1.13214x10-14、Dw=1.23805x10-14、Dv=1.39269x10-14、Dcr=1.18654x10-14,同(tong)時，各元(yuan)素(su)擴散(san)激活(huo)能(neng)(neng)ΔGm也未發(fa)生明顯(xian)(xian)變化。

   綜上所(suo)述，在低(di)壓(ya)(ya)下，影響M2C形核率的主要(yao)因素是隨凝固(gu)壓(ya)(ya)力(li)增大(da)而顯(xian)著減小(xiao)(xiao)的形核功。增加凝固(gu)壓(ya)(ya)力(li)可(ke)顯(xian)著改善換(huan)熱條件強化鑄錠冷(leng)卻、提高鑄錠過冷(leng)度ΔT,進(jin)而降低(di)共晶反應過程中奧氏體相γ和M2C相的形核功ΔG*,最終增大(da)M2C的形核率、減小(xiao)(xiao)M2C相鄰(lin)碳化物的間距(ju)。

  此外(wai)，增加(jia)壓(ya)(ya)力使M2C形核率(lv)大(da)大(da)增加(jia)，同時(shi)(shi)強化了鑄錠冷卻，顯著降低了局部(bu)凝固(gu)時(shi)(shi)間LST,導(dao)致(zhi)加(jia)壓(ya)(ya)下鑄錠同位(wei)置的(de)凝固(gu)相對較快(kuai)，M2C共晶碳(tan)化物(wu)生長時(shi)(shi)間變短，導(dao)致(zhi)M42凝固(gu)組織中M2C碳(tan)化物(wu)的(de)尺寸減小。這對于后續的(de)熱(re)處(chu)理碳(tan)化物(wu)的(de)溶解具(ju)有積極的(de)意義。

  圖(tu)2-129為(wei)不同凝(ning)固壓(ya)力下M2C共晶碳(tan)化物(wu)(wu)在熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理過程(cheng)中(zhong)的(de)元素擴(kuo)散示意(yi)圖(tu)。隨著凝(ning)固壓(ya)力的(de)增大，碳(tan)化物(wu)(wu)由長條狀(zhuang)轉變為(wei)短棒狀(zhuang)，在縱向和橫向上的(de)尺寸(cun)均(jun)顯(xian)著減小。因此，在熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理過程(cheng)中(zhong)，碳(tan)化物(wu)(wu)中(zhong)的(de)元素由內(nei)向外擴(kuo)散的(de)平(ping)均(jun)距(ju)離也相應(ying)隨著凝(ning)固壓(ya)力的(de)增大而顯(xian)著減小，熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理效果更加明(ming)顯(xian)，熱(re)(re)(re)處(chu)(chu)理后M42組織(zhi)的(de)成(cheng)分更加均(jun)勻(yun)，進而有利(li)于提高M42高速鋼的(de)質量(liang)。

  b. 碳(tan)化物成分

   M2C的(de)形成元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)主要包括鉬(mu)(mu)(mu)、鎢、釩(fan)和(he)(he)鉻(ge)，其(qi)中(zhong)鉬(mu)(mu)(mu)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)是強M2C碳(tan)化(hua)物(wu)形成元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)，也是M2C中(zhong)含量最高(gao)的(de)合(he)金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)。圖2-130給出了不同壓(ya)力(li)(li)下(xia)M2C中(zhong)合(he)金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)鉬(mu)(mu)(mu)、鎢、釩(fan)和(he)(he)鉻(ge)含量，隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)增(zeng)大，M2C上的(de)合(he)金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)鉬(mu)(mu)(mu)、鎢、釩(fan)和(he)(he)鉻(ge)含量均逐(zhu)漸減小(xiao)，而鐵(tie)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)則逐(zhu)漸增(zeng)大；同時，M2C碳(tan)化(hua)物(wu)之(zhi)間(jian)基(ji)體中(zhong)合(he)金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)含量則呈現相反的(de)規(gui)律(lv)：鉬(mu)(mu)(mu)、鎢、釩(fan)和(he)(he)鉻(ge)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)含量逐(zhu)漸增(zeng)大，而鐵(tie)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)減少。這表明，增(zeng)大的(de)壓(ya)力(li)(li)使得(de)合(he)金元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)在M2C共晶碳(tan)化(hua)物(wu)中(zhong)的(de)分布趨于均勻，為后續的(de)處理、熱加工工藝中(zhong)碳(tan)化(hua)物(wu)的(de)破碎、溶解(jie)提供良好(hao)的(de)基(ji)礎。

  在(zai)(zai)高速鋼中(zhong)(zhong)，M2C共晶碳(tan)化物是通過(guo)凝固(gu)過(guo)程中(zhong)(zhong)的(de)(de)共晶反應(ying)L→M2C+y產生的(de)(de)，在(zai)(zai)這(zhe)個過(guo)程中(zhong)(zhong)存在(zai)(zai)M2C碳(tan)化物相和奧(ao)氏體(ti)γ相之間(jian)的(de)(de)溶質再分(fen)配［172].在(zai)(zai)一(yi)定溫度下，平衡分(fen)配系數可表示為固(gu)相和液相中(zhong)(zhong)的(de)(de)元(yuan)素濃度之比：

   式中，Cs和CL分(fen)別表示在凝固(gu)(gu)過程中，元素(su)在固(gu)(gu)相(xiang)和液相(xiang)中的(de)平衡濃度。共(gong)晶(jing)(jing)反應L→M2C+y是在凝固(gu)(gu)末期發生的(de)，圖2-131給出(chu)了不同(tong)壓力下的(de)M42高速鋼凝固(gu)(gu)時共(gong)晶(jing)(jing)反應過程中M2C碳(tan)化(hua)物相(xiang)和奧氏體γ相(xiang)中各元素(su)的(de)單相(xiang)平衡分(fen)配系數。

  式(shi)中(zhong)，Cs和C1分別表示在(zai)(zai)(zai)凝固(gu)過程(cheng)中(zhong)，元(yuan)(yuan)素(su)在(zai)(zai)(zai)固(gu)相(xiang)(xiang)和液相(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)平衡濃度。共晶反應(ying)L→M2C+y是在(zai)(zai)(zai)凝固(gu)末期發(fa)生的(de)［172,180,181],圖2-131給出了不(bu)同壓力下的(de)M42高速鋼凝固(gu)時共晶反應(ying)過程(cheng)中(zhong)M2C碳化物相(xiang)(xiang)和奧(ao)氏體y相(xiang)(xiang)中(zhong)各元(yuan)(yuan)素(su)的(de)單相(xiang)(xiang)平衡分配(pei)系數。

  隨壓力(li)的(de)增(zeng)加，共(gong)晶反(fan)應(ying)過程中(zhong)(zhong)(zhong)鉬(mu)元(yuan)素(su)在(zai)(zai)M2C和奧(ao)氏(shi)體γ相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)分配系(xi)(xi)數具有升(sheng)高的(de)趨勢并逐(zhu)漸靠(kao)近1.基于熱力(li)學分析，在(zai)(zai)M42鑄錠凝(ning)固(gu)時的(de)共(gong)晶反(fan)應(ying)過程中(zhong)(zhong)(zhong)，增(zeng)大(da)壓力(li)可使鉬(mu)元(yuan)素(su)在(zai)(zai)M2C碳(tan)化(hua)(hua)物相(xiang)(xiang)和奧(ao)氏(shi)體γ相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)含量(liang)增(zeng)大(da)。凝(ning)固(gu)過程中(zhong)(zhong)(zhong)M2C碳(tan)化(hua)(hua)物相(xiang)(xiang)和奧(ao)氏(shi)體γ相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)鉬(mu)元(yuan)素(su)平(ping)衡分配系(xi)(xi)數增(zeng)量(liang)變化(hua)(hua)規(gui)律(lv)如圖2-132所示，在(zai)(zai)0.1MPa、1MPa和2MPa時，M2C碳(tan)化(hua)(hua)物相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)鉬(mu)元(yuan)素(su)平(ping)衡分配系(xi)(xi)數增(zeng)量(liang)始終大(da)于奧(ao)氏(shi)體γ相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)平(ping)衡分配系(xi)(xi)數增(zeng)量(liang)。由此可知，共(gong)晶反(fan)應(ying)過程中(zhong)(zhong)(zhong)，相(xiang)(xiang)比(bi)于奧(ao)氏(shi)體γ相(xiang)(xiang)，鉬(mu)元(yuan)素(su)更偏向于在(zai)(zai)M2C相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)富集(ji)。

  在0.1~2MPa壓(ya)力(li)范圍內，加(jia)壓(ya)對(dui)Mo元(yuan)素(su)的平(ping)衡分(fen)(fen)(fen)配系(xi)數(shu)影(ying)響非常(chang)小，變化(hua)量為(wei)(wei)10-6~10-5,可忽略不計(ji)，因而在低壓(ya)范圍內，增加(jia)壓(ya)力(li)不能通過(guo)改變元(yuan)素(su)平(ping)衡分(fen)(fen)(fen)配系(xi)數(shu)而影(ying)響相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)成(cheng)(cheng)分(fen)(fen)(fen)。除平(ping)衡分(fen)(fen)(fen)配系(xi)數(shu)以外，鑄錠(ding)凝固(gu)過(guo)程中(zhong)溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)的分(fen)(fen)(fen)配情況與(yu)元(yuan)素(su)的傳質(zhi)(zhi)行為(wei)(wei)有(you)關(guan)(guan)。在M42鑄錠(ding)凝固(gu)末期(qi)的共(gong)晶反應L→M2C+y過(guo)程中(zhong)存在M2C碳(tan)化(hua)物(wu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)奧氏體(ti)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)之間(jian)的溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)再分(fen)(fen)(fen)配：液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)的M2C形成(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)（鉬、鎢、釩(fan)和(he)鉻(ge)）通過(guo)凝固(gu)前沿(yan)固(gu)／液(ye)界面向M2C碳(tan)化(hua)物(wu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)富(fu)集，同(tong)時(shi)奧氏體(ti)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)形成(cheng)(cheng)元(yuan)素(su)（鈷、鐵）則向奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)富(fu)集，整(zheng)個反應發(fa)生在凝固(gu)末期(qi)的枝(zhi)晶間(jian)小熔池內，此時(shi)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)流動很弱，元(yuan)素(su)對(dui)流傳質(zhi)(zhi)行為(wei)(wei)可忽略，因而溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)的分(fen)(fen)(fen)配主要與(yu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)元(yuan)素(su)的擴(kuo)散傳質(zhi)(zhi)行為(wei)(wei)有(you)關(guan)(guan)。

  根據(ju)菲(fei)克(ke)第一定律(lv)公(gong)式（2-178)可知，擴(kuo)散系數(shu)D與溫度T呈(cheng)反比關(guan)系。圖2-133為2MPa下M2C形成元素(su)的(de)擴(kuo)散系數(shu)隨溫度的(de)變化關(guan)系。在(zai)凝(ning)固(gu)壓力不(bu)變時，溫度的(de)降低(di)會顯著減小擴(kuo)散系數(shu)，在(zai)低(di)壓范圍內，相對(dui)于凝(ning)固(gu)壓力變化，溫度變化對(dui)擴(kuo)散系數(shu)D具有更明顯的(de)影響。

  增大壓力(li)具有(you)顯(xian)著(zhu)強化(hua)(hua)冷(leng)卻和(he)(he)減少鑄錠(ding)局部凝(ning)(ning)固時間(jian)的(de)(de)作用。由(you)此可(ke)知，對于0.1MPa、1MPa和(he)(he)2MPa壓力(li)下的(de)(de)鑄錠(ding)凝(ning)(ning)固過程，在(zai)相同(tong)的(de)(de)凝(ning)(ning)固時間(jian)內，在(zai)較(jiao)高壓力(li)下凝(ning)(ning)固的(de)(de)鑄錠(ding)冷(leng)卻更快，溫度更低，其元(yuan)素(su)(su)(su)擴散系數則相對較(jiao)低，導致元(yuan)素(su)(su)(su)擴散速率減小，使得M2C共晶碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)中釩、鎢、鉻和(he)(he)鉬元(yuan)素(su)(su)(su)含(han)量降低，碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)間(jian)基體的(de)(de)合金元(yuan)素(su)(su)(su)含(han)量升(sheng)高，降低了M2C碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)和(he)(he)奧氏體γ相之間(jian)的(de)(de)成分差異性，提(ti)高了M42凝(ning)(ning)固組(zu)織成分的(de)(de)均勻性。

  c. 碳(tan)化(hua)物形貌

   M2C碳化(hua)物(wu)明(ming)顯具(ju)有(you)各向異性(xing)(xing)的(de)(de)生長方式，形貌(mao)具(ju)有(you)小平(ping)面向的(de)(de)特性(xing)(xing)。共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)組(zu)織的(de)(de)形貌(mao)與(yu)共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)過程中(zhong)液(ye)(ye)／固界面結構有(you)密切聯系(xi)，金(jin)屬(shu)相－金(jin)屬(shu)碳化(hua)物(wu)相共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)屬(shu)于(yu)小平(ping)面相－非(fei)小平(ping)面相共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)［146].M2C是(shi)通過凝(ning)固末期(qi)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)熔池里的(de)(de)共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)反(fan)M2C共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)碳化(hua)物(wu)形成于(yu)凝(ning)固末期(qi)枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)殘(can)(can)余液(ye)(ye)相中(zhong)，根據凝(ning)固原理。枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)殘(can)(can)余液(ye)(ye)相中(zhong)元(yuan)素含量(liang)明(ming)顯高于(yu)鑄錠標準含量(liang)。不同(tong)壓力(li)下枝晶(jing)(jing)(jing)(jing)間(jian)(jian)液(ye)(ye)相中(zhong)各相出現(xian)的(de)(de)先(xian)后順序(xu)，如圖2-135所示(shi)，在不同(tong)壓力(li)下，M2C均領(ling)先(xian)奧(ao)氏體相γ出現(xian)。這表明(ming)，在共(gong)(gong)晶(jing)(jing)(jing)(jing)反(fan)應L→y+M2C過程中(zhong)，M2C是(shi)領(ling)先(xian)相。

  在共(gong)晶(jing)凝固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)，領先(xian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)M2C的(de)(de)(de)(de)快速(su)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)方向率(lv)(lv)(lv)(lv)先(xian)進入共(gong)生(sheng)(sheng)界(jie)面(mian)前(qian)方的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)體(ti)中(zhong)，同時(shi)(shi)在其附近液(ye)(ye)層中(zhong)排(pai)出(chu)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)形(xing)成元素；隨(sui)后奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ則(ze)依靠此液(ye)(ye)層獲得(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)組元，跟隨(sui)著M2C一(yi)起長(chang)(chang)大(da)(da)(da)(da)(da)，同時(shi)(shi)也向液(ye)(ye)層中(zhong)排(pai)出(chu)M2C形(xing)成元素，如圖2-136所示(shi)。隨(sui)著凝固(gu)壓力的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)，凝固(gu)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)加，M2C相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)均加快。一(yi)方面(mian)，M2C碳(tan)化(hua)物相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)鄰間(jian)(jian)(jian)距(ju)隨(sui)壓力的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)逐(zhu)(zhu)漸(jian)減小，即(ji)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)／固(gu)界(jie)面(mian)變(bian)窄；另(ling)一(yi)方面(mian)，加壓使得(de)(de)枝晶(jing)間(jian)(jian)(jian)殘余(yu)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)合(he)金元素沒有足夠時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)進行充分擴散；導致奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)液(ye)(ye)／固(gu)界(jie)面(mian)前(qian)沿合(he)金元素濃度急劇增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)，成分過(guo)(guo)冷加劇，奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)長(chang)(chang)大(da)(da)(da)(da)(da)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)進一(yi)步增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)，使得(de)(de)M2C相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)與(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)差逐(zhu)(zhu)漸(jian)縮小。此外，奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)作(zuo)為非小平面(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，其生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)所需過(guo)(guo)冷度遠小于(yu)小平面(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)M2C碳(tan)化(hua)物，使得(de)(de)在凝固(gu)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)的(de)(de)(de)(de)過(guo)(guo)程中(zhong)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)量大(da)(da)(da)(da)(da)于(yu)M2C碳(tan)化(hua)物相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)率(lv)(lv)(lv)(lv)增(zeng)(zeng)量。因(yin)此，隨(sui)著壓力的(de)(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)大(da)(da)(da)(da)(da)，枝晶(jing)間(jian)(jian)(jian)共(gong)晶(jing)組織中(zhong)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)含量相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對增(zeng)(zeng)多(duo)，使得(de)(de)M2C碳(tan)化(hua)物的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)空間(jian)(jian)(jian)受到“排(pai)擠(ji)”，含量相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)對減少，最終M2C碳(tan)化(hua)物逐(zhu)(zhu)漸(jian)呈現(xian)出(chu)被奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ“截(jie)斷”進而變(bian)短(duan)的(de)(de)(de)(de)形(xing)貌，如圖2-134所示(shi)。

四、夾雜物(wu)分布

   夾(jia)雜物是影響鋼錠質量(liang)的一個(ge)重要因素。鋼中(zhong)(zhong)夾(jia)雜物主要包括(kuo)冶煉過程中(zhong)(zhong)進行脫氧處理(li)形成的脫氧產(chan)物、凝固過程元素溶解度下降(jiang)形成的氧化(hua)物、氮化(hua)物、硫化(hua)物等化(hua)合物以及爐渣和(he)由于沖刷(shua)而進入鋼液的耐火材料(liao)。

   根據(ju)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)的(de)(de)(de)來源，可以將鋼中的(de)(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)分(fen)為(wei)兩(liang)類(lei):①外(wai)生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)。外(wai)生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)大部分(fen)為(wei)復合氧(yang)化(hua)物(wu)夾(jia)(jia)雜(za)(za)，主要是由(you)于(yu)鋼液接觸空氣(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)氧(yang)化(hua)物(wu)以及進(jin)入(ru)鋼液的(de)(de)(de)爐(lu)渣、耐(nai)火材料(liao)組(zu)成(cheng)(cheng)。外(wai)生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)外(wai)形(xing)(xing)不(bu)規則、尺寸大、構(gou)成(cheng)(cheng)復雜(za)(za)，常(chang)常(chang)位(wei)于(yu)鋼的(de)(de)(de)表層，具有嚴重的(de)(de)(de)危害性。②內生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)。內生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)是由(you)于(yu)脫(tuo)氧(yang)、鋼水鈣處理等物(wu)化(hua)反應(ying)而形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)。內生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)在鋼液中數量較多，分(fen)布(bu)均勻，顆(ke)粒細小。由(you)于(yu)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)時間不(bu)同，內生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)可分(fen)為(wei)：鋼液脫(tuo)氧(yang)時期生(sheng)(sheng)(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)氧(yang)化(hua)物(wu)，也稱為(wei)原生(sheng)(sheng)(sheng)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)或一次(ci)(ci)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)；溫度降低造成(cheng)(cheng)化(hua)學反應(ying)平衡的(de)(de)(de)移(yi)動進(jin)而析出二次(ci)(ci)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)；由(you)于(yu)溶質元素(su)偏析和溶解度變化(hua)而析出的(de)(de)(de)三次(ci)(ci)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)甚至(zhi)四次(ci)(ci)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)。

   夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)作為凝(ning)固組(zu)織的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部分(fen)，其特性至(zhi)關重(zhong)要(yao)，對于進一步(bu)揭示(shi)加壓(ya)(ya)冶金(jin)(jin)的(de)優勢十分(fen)關鍵。非金(jin)(jin)屬(shu)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)的(de)特性（數(shu)量(liang)、尺寸(cun)和(he)(he)分(fen)布等）對鋼(gang)的(de)性能（力(li)(li)(li)學性能和(he)(he)腐蝕等）有重(zhong)要(yao)影(ying)響。同時，改(gai)(gai)(gai)(gai)善(shan)(shan)鋼(gang)中夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)的(de)分(fen)布情(qing)況(kuang)并盡可能徹底地(di)去除非金(jin)(jin)屬(shu)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)可以(yi)有效地(di)減少(shao)缺陷和(he)(he)提高性能。為了(le)改(gai)(gai)(gai)(gai)善(shan)(shan)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)的(de)分(fen)布，施加在夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)上的(de)力(li)(li)(li)包(bao)(bao)(bao)括重(zhong)力(li)(li)(li)、浮力(li)(li)(li)、曳(ye)力(li)(li)(li)，附加質量(liang)力(li)(li)(li)、升力(li)(li)(li)和(he)(he)反(fan)彈力(li)(li)(li)等起(qi)著關鍵作用(yong)。這些力(li)(li)(li)主要(yao)是通(tong)過溫度(du)、流(liu)場(chang)(chang)、重(zhong)力(li)(li)(li)場(chang)(chang)和(he)(he)電磁(ci)場(chang)(chang)等物(wu)(wu)(wu)理(li)場(chang)(chang)來(lai)(lai)確定(ding)。因(yin)此，可以(yi)通(tong)過采取一系列措施優化(hua)物(wu)(wu)(wu)理(li)場(chang)(chang)來(lai)(lai)改(gai)(gai)(gai)(gai)善(shan)(shan)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物(wu)(wu)(wu)分(fen)布。例如，鋼(gang)包(bao)(bao)(bao)中使用(yong)的(de)氣體攪拌、連(lian)鑄過程(cheng)中添加磁(ci)場(chang)(chang)。對于加壓(ya)(ya)冶金(jin)(jin)，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)是關鍵因(yin)素。目前(qian)，已(yi)經證實加壓(ya)(ya)會在各個(ge)方面(mian)影(ying)響凝(ning)固過程(cheng)中的(de)物(wu)(wu)(wu)理(li)場(chang)(chang)，包(bao)(bao)(bao)括加壓(ya)(ya)通(tong)過加快鑄錠的(de)冷卻(que)速率和(he)(he)加強鑄錠與鑄模之間的(de)熱(re)交換來(lai)(lai)改(gai)(gai)(gai)(gai)變(bian)溫度(du)場(chang)(chang)，通(tong)過改(gai)(gai)(gai)(gai)變(bian)糊(hu)狀區(qu)域的(de)大小和(he)(he)枝晶結構影(ying)響流(liu)場(chang)(chang)等。

   因此，可以(yi)認為(wei)在凝固過程中壓力(li)(li)具有(you)改變(bian)夾(jia)雜(za)物分布(bu)的能力(li)(li)，并且壓力(li)(li)對(dui)夾(jia)雜(za)物分布(bu)的影響機制非常復雜(za)，然(ran)而(er)，關于加壓對(dui)夾(jia)雜(za)物分布(bu)變(bian)化的影響研(yan)究相對(dui)較少。這表明加壓對(dui)凝固組織(zhi)的影響機理尚(shang)未全面闡明。

 1. 夾(jia)雜物分布分析模型

   在(zai)實(shi)際凝固過(guo)程中，夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)受(shou)力情況、運(yun)動(dong)軌跡(ji)很難通過(guo)實(shi)驗(yan)進(jin)行測量(liang)。數值模擬(ni)(ni)提(ti)供了(le)一種可(ke)以深入了(le)解某些無法(fa)通過(guo)實(shi)驗(yan)評估的(de)(de)現象(xiang)的(de)(de)方法(fa)。這些現象(xiang)包括(kuo)夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)運(yun)動(dong)軌跡(ji)，作用于夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)力和夾(jia)雜(za)物(wu)的(de)(de)速度等。根據電渣、連鑄和鋼包精煉等過(guo)程中的(de)(de)相關(guan)研(yan)究，數值模擬(ni)(ni)是一種非(fei)常(chang)有效(xiao)的(de)(de)研(yan)究夾(jia)雜(za)物(wu)運(yun)動(dong)行為的(de)(de)方法(fa)。

   鋼液(ye)(ye)凝(ning)固過程涉及(ji)熱量(liang)傳遞、質量(liang)傳輸、動(dong)量(liang)傳輸、相(xiang)轉(zhuan)變和(he)晶(jing)粒形核長(chang)大(da)等一(yi)系列復雜(za)(za)的物理化(hua)學現(xian)象，同時存在金屬固相(xiang)、金屬液(ye)(ye)相(xiang)、氣相(xiang)和(he)夾(jia)(jia)雜(za)(za)物相(xiang)等多(duo)個相(xiang)之間的相(xiang)互作用，適合(he)應用歐拉(la)多(duo)項流模(mo)型(xing)進行計算求解。其中，根據對夾(jia)(jia)雜(za)(za)物運動(dong)行為處理方式(shi)，夾(jia)(jia)雜(za)(za)物分(fen)布分(fen)析模(mo)型(xing)可以分(fen)為歐拉(la)－拉(la)格朗日模(mo)型(xing)和(he)歐拉(la)－歐拉(la)模(mo)型(xing)。

 a. 歐拉－拉格朗日模型歐拉－

   拉(la)(la)格朗日離(li)散相模(mo)型(xing)是在歐拉(la)(la)模(mo)型(xing)的(de)(de)基(ji)(ji)礎上，將(jiang)夾(jia)(jia)雜(za)物相處理成離(li)散相，而流體(ti)相處理為連續相。根據球型(xing)夾(jia)(jia)雜(za)物的(de)(de)受力分析，基(ji)(ji)于牛(niu)頓(dun)第二定律(lv)，建立夾(jia)(jia)雜(za)物運動(dong)模(mo)型(xing)，并與鋼液凝固模(mo)型(xing)耦(ou)合，從(cong)而模(mo)擬夾(jia)(jia)雜(za)物在凝固過程運動(dong)行(xing)為。該(gai)模(mo)型(xing)可(ke)以跟蹤每個夾(jia)(jia)雜(za)物顆粒并獲(huo)得其速度、運動(dong)軌跡(ji)以及夾(jia)(jia)雜(za)物去(qu)除過程中的(de)(de)動(dong)力學行(xing)為。此外，該(gai)模(mo)型(xing)是基(ji)(ji)于離(li)散相體(ti)積比例相對較低的(de)(de)基(ji)(ji)本(ben)假設而建立。

   夾(jia)(jia)雜物(wu)在鋼液(ye)中的(de)(de)運動，主要(yao)是各種力(li)(li)(li)的(de)(de)共(gong)同作用造(zao)成的(de)(de)。夾(jia)(jia)雜物(wu)在鋼液(ye)中受(shou)力(li)(li)(li)情況(kuang)如(ru)圖2-137所示。可以看出，夾(jia)(jia)雜物(wu)顆(ke)粒受(shou)到主要(yao)作用力(li)(li)(li)分別為(wei)：由于顆(ke)粒自(zi)身性質引起的(de)(de)力(li)(li)(li)，如(ru)重(zhong)力(li)(li)(li)、浮(fu)力(li)(li)(li)等；由于顆(ke)粒與流體之(zhi)間存在相對運動而產生的(de)(de)力(li)(li)(li)，如(ru)升力(li)(li)(li)（Saffman)、附加質量(liang)力(li)(li)(li)、曳力(li)(li)(li)和Magnus力(li)(li)(li)等；細小夾(jia)(jia)雜物(wu)在高(gao)溫(wen)條(tiao)件下受(shou)的(de)(de)布(bu)朗（Brown)力(li)(li)(li)等。

（1)曳力。

   在鋼液(ye)流(liu)場內黏(nian)性流(liu)體(ti)(ti)與顆(ke)(ke)粒(li)之間(jian)存在相對運(yun)動，由(you)黏(nian)性流(liu)體(ti)(ti)施(shi)加的曳力(li)(li)使得(de)夾雜物(wu)顆(ke)(ke)粒(li)趨向于跟隨流(liu)體(ti)(ti)運(yun)動。曳力(li)(li)是夾雜物(wu)顆(ke)(ke)粒(li)在凝固過程中的主(zhu)要受力(li)(li)之一(yi)。計算公式如(ru)下：

（2)浮力和重力。

   在(zai)豎直(zhi)方向上，夾雜物(wu)顆粒受(shou)到與相(xiang)對運動無(wu)關(guan)的力，包括(kuo)重力和浮力，其

（3)附(fu)加質量力(li)。

   當(dang)鋼液與夾雜物顆(ke)粒存(cun)在相(xiang)對(dui)運(yun)動時，夾雜物顆(ke)粒會帶(dai)動其附(fu)近的(de)部分(fen)鋼液做(zuo)加(jia)速運(yun)動，此時推動夾雜物顆(ke)粒運(yun)動的(de)力(li)(li)(li)(li)大于其顆(ke)粒本(ben)身(shen)慣(guan)性(xing)力(li)(li)(li)(li)，這部分(fen)大于夾雜物顆(ke)粒本(ben)身(shen)慣(guan)性(xing)力(li)(li)(li)(li)的(de)力(li)(li)(li)(li)即(ji)為(wei)附(fu)加(jia)質量力(li)(li)(li)(li)。其計(ji)算(suan)公式為(wei)

  通過運(yun)用歐拉－拉格(ge)朗日(ri)模型對(dui)鋼液凝固過程進(jin)行(xing)模擬計算時，可以得(de)出隨著溫度場和(he)流場的變化(hua)，每(mei)個球(qiu)形夾雜物顆粒在鋼液中的運(yun)動軌跡和(he)分布。

 b. 歐拉－歐拉模型

   拉(la)(la)(la)(la)格(ge)(ge)朗(lang)日模(mo)(mo)型(xing)(xing)是研究夾雜(za)物(wu)(wu)顆(ke)粒(li)在(zai)鋼液中運(yun)動行為主要的(de)(de)方(fang)(fang)(fang)法，但在(zai)實際的(de)(de)應用中存在(zai)一些不(bu)足，例如，拉(la)(la)(la)(la)格(ge)(ge)朗(lang)日模(mo)(mo)型(xing)(xing)是針對(dui)單一粒(li)子進行計算，當同(tong)時追蹤多個粒(li)子時，計算量過(guo)大，難(nan)以進行。相(xiang)較于(yu)拉(la)(la)(la)(la)格(ge)(ge)朗(lang)日模(mo)(mo)型(xing)(xing)，歐拉(la)(la)(la)(la)－歐拉(la)(la)(la)(la)模(mo)(mo)型(xing)(xing)中夾雜(za)物(wu)(wu)相(xiang)的(de)(de)控制方(fang)(fang)(fang)程與(yu)流體連續相(xiang)的(de)(de)控制方(fang)(fang)(fang)程相(xiang)似(si)，運(yun)算相(xiang)對(dui)高效，能夠同(tong)時描述多種(zhong)夾雜(za)物(wu)(wu)顆(ke)粒(li)在(zai)凝(ning)固過(guo)程中的(de)(de)分布特征(zheng)。歐拉(la)(la)(la)(la)－歐拉(la)(la)(la)(la)模(mo)(mo)型(xing)(xing)與(yu)歐拉(la)(la)(la)(la)－拉(la)(la)(la)(la)格(ge)(ge)朗(lang)日模(mo)(mo)型(xing)(xing)相(xiang)比，主要差別是夾雜(za)物(wu)(wu)相(xiang)的(de)(de)動量方(fang)(fang)(fang)程存在(zai)差別，歐拉(la)(la)(la)(la)－歐拉(la)(la)(la)(la)模(mo)(mo)型(xing)(xing)的(de)(de)夾雜(za)物(wu)(wu)動量方(fang)(fang)(fang)程表達式為

 2. 模鑄過(guo)程中夾雜物的受力分析

  模鑄過(guo)程中，夾(jia)雜物所受作用力包(bao)括(kuo)熱浮力、重力、附加(jia)質量力、升力以(yi)及相間作用力等，具體受力情況如圖(tu)2-138所示。

   流場對夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)分布有(you)關鍵影響(xiang)，這直接歸(gui)因于作(zuo)用于夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)阻力(li)。以(yi)0.1MPa下(xia)H13鑄(zhu)錠凝(ning)(ning)固(gu)(gu)為(wei)例，鋼液、夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)和(he)(he)等軸(zhou)晶(jing)的(de)(de)(de)(de)流場和(he)(he)速率均(jun)顯示(shi)在圖(tu)(tu)2-139中(zhong)(zhong)。隨(sui)著凝(ning)(ning)固(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)進行(xing)，鋼液受熱浮力(li)的(de)(de)(de)(de)驅動(dong)逆(ni)時針運(yun)(yun)動(dong)，如(ru)圖(tu)(tu)2-139(a)所(suo)示(shi)。同時，隨(sui)著重(zhong)力(li)和(he)(he)浮力(li)合(he)力(li)的(de)(de)(de)(de)增加，等軸(zhou)晶(jing)的(de)(de)(de)(de)沉降連續發生在柱狀晶(jing)（tip)的(de)(de)(de)(de)尖端，如(ru)圖(tu)(tu)2-139(b)所(suo)示(shi)。如(ru)圖(tu)(tu)2-139(c)所(suo)示(shi)，夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)流場中(zhong)(zhong)出現(xian)逆(ni)時針運(yun)(yun)動(dong)，與鋼液相似。這種運(yun)(yun)動(dong)行(xing)為(wei)主要是由作(zuo)用在夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)上的(de)(de)(de)(de)合(he)力(li)引(yin)起的(de)(de)(de)(de)。根據模擬結(jie)果，凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程中(zhong)(zhong)重(zhong)力(li)，浮力(li)和(he)(he)阻力(li)在改變夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)運(yun)(yun)動(dong)行(xing)為(wei)中(zhong)(zhong)起著關鍵作(zuo)用，因為(wei)它們比附(fu)加質量力(li)和(he)(he)升力(li)大了三個(ge)數(shu)量級。重(zhong)力(li)和(he)(he)浮力(li)的(de)(de)(de)(de)方(fang)向均(jun)為(wei)垂(chui)直方(fang)向，因為(wei)夾(jia)(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)密度低于液體的(de)(de)(de)(de)密度，故其合(he)力(li)Fbg的(de)(de)(de)(de)方(fang)向垂(chui)直向上，如(ru)圖(tu)(tu)2-139(d)所(suo)示(shi)。

   在(zai)(zai)整個凝(ning)固過程中(zhong)，Fbg保持(chi)不變(bian)，并使夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)上浮。相比之(zhi)下(xia)，曳力Fdp是向(xiang)下(xia)的力，具有驅動夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)向(xiang)下(xia)沉的能力。并且(qie)其變(bian)化是復雜(za)(za)(za)的。根(gen)據等式（2-204)可知，曳力與鋼(gang)液和夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)之(zhi)間(jian)的速度差(cha)密(mi)切相關。在(zai)(zai)頂部(bu)和底部(bu)，鋼(gang)液和夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)速度差(cha)很小，與Fbg相比，Fdp可以忽略不計。在(zai)(zai)柱狀晶尖端附(fu)近(jin)的曳力Fdp大(da)于Fbg,是導致夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)下(xia)沉的關鍵(jian)因素。在(zai)(zai)鑄(zhu)錠的中(zhong)心，Fdp小于Fbg,Fbg占主導，促使夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)上浮。因此，模鑄(zhu)過程中(zhong)夾雜(za)(za)(za)物(wu)(wu)(wu)形成逆時針運動，這主要(yao)是由重(zhong)力、浮力和曳力的綜合作(zuo)用所驅動。

 3. 模(mo)鑄過程中壓力對夾(jia)雜(za)物分(fen)布的影響

   利(li)用歐拉－歐拉模型在(zai)0.1MPa、1MPa和(he)(he)2MPa下(xia)獲得(de)了(le)H13鑄(zhu)錠夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)體積分(fen)數(shu)的(de)(de)等值線，如(ru)圖(tu)2-140所(suo)(suo)(suo)示(shi)(shi)。每個(ge)(ge)鑄(zhu)錠中(zhong)都存在(zai)三個(ge)(ge)主(zhu)要(yao)的(de)(de)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)富集區(qu)（I、和(he)(he)III),其中(zhong)，II區(qu)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)富集度最(zui)低(di)，III區(qu)的(de)(de)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)富集度最(zui)高，I區(qu)次之。三個(ge)(ge)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)富集區(qu)域主(zhu)要(yao)由夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)逆時針運動(dong)以及被(bei)糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)捕集的(de)(de)綜合作用所(suo)(suo)(suo)導致(zhi)。以0.1MPa 壓(ya)力下(xia)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)分(fen)布為(wei)例，遠離糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)的(de)(de)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)在(zai)逆時針運動(dong)過程(cheng)中(zhong)逐(zhu)漸上浮并富集到鑄(zhu)錠頂(ding)部，如(ru)圖(tu) 2-140(c)所(suo)(suo)(suo)示(shi)(shi)。鑄(zhu)錠頂(ding)部富集的(de)(de)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)一部分(fen)被(bei)糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)捕獲，形成(cheng)了(le)I區(qu)，其余(yu)部分(fen)沿逆時針方向(xiang)(xiang)移動(dong)，運動(dong)方向(xiang)(xiang)幾(ji)乎(hu)垂直于糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)法向(xiang)(xiang)量。與(yu)之相(xiang)比，在(zai)II和(he)(he)III區(qu)域內，夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)運動(dong)方向(xiang)(xiang)與(yu)糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)法向(xiang)(xiang)量成(cheng)鈍角，因而夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)更加趨向(xiang)(xiang)于被(bei)II和(he)(he)III區(qu)域內糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)所(suo)(suo)(suo)捕獲，如(ru)圖(tu)2-141所(suo)(suo)(suo)示(shi)(shi)，導致(zhi)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)富集區(qu)II和(he)(he)III的(de)(de)形成(cheng)。同時，III區(qu)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)(de)富集程(cheng)度最(zui)高，原因是糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)較寬，糊(hu)(hu)狀(zhuang)區(qu)夾(jia)雜物(wu)(wu)(wu)(wu)(wu)捕獲能力越強，富集趨勢更明顯。

   隨著壓力(li)(li)從0.1MPa增(zeng)(zeng)加到2MPa,I、II和III區夾(jia)雜物的(de)富集度降低，如(ru)2-140(b)所示(shi)，夾(jia)雜物體積(ji)分(fen)數(shu)的(de)最(zui)大增(zeng)(zeng)量 4max隨壓力(li)(li)的(de)增(zeng)(zeng)加而減小，在0.1MPa、1MPa和2MPa下分(fen)別為4.1x10-5、3.5x10-5和1.8x10-5,表明隨著凝固壓力(li)(li)增(zeng)(zeng)加至(zhi)2MPa,鑄錠中夾(jia)雜物分(fen)布更(geng)加均(jun)勻。

   糊狀(zhuang)區(qu)(qu)捕獲夾(jia)雜物和夾(jia)雜物從糊狀(zhuang)區(qu)(qu)逃脫的(de)能(neng)力對夾(jia)雜物分布(bu)至關重(zhong)要(yao)。結合液相線(xian)(xian)／固(gu)(gu)相線(xian)(xian)溫(wen)度(du)隨(sui)(sui)壓(ya)力的(de)變化規律可(ke)知(zhi)，凝(ning)固(gu)(gu)區(qu)(qu)間變化很小(xiao)，當壓(ya)力從0.1MPa增(zeng)加(jia)(jia)到(dao)2MPa時可(ke)以(yi)忽(hu)略不計。因此(ci)，糊狀(zhuang)區(qu)(qu)寬度(du)主要(yao)由(you)溫(wen)度(du)梯(ti)度(du)決定。如圖2-142(b)所示，由(you)于(yu)增(zeng)加(jia)(jia)壓(ya)力后提高(gao)了冷卻速(su)率(lv)導致高(gao)壓(ya)下(xia)溫(wen)度(du)梯(ti)度(du)更大(da)。在(zai)較(jiao)高(gao)壓(ya)力下(xia)，糊狀(zhuang)區(qu)(qu)域的(de)長度(du)變短(duan)［150].另外，以(yi)圖2-142(a)中的(de)A點為例，凝(ning)固(gu)(gu)時間隨(sui)(sui)壓(ya)力的(de)增(zeng)加(jia)(jia)而顯著減少，在(zai)0.1MPa、1MPa和2MPa下(xia)分別為292s、272s和247s,凝(ning)固(gu)(gu)速(su)率(lv)隨(sui)(sui)壓(ya)力的(de)增(zeng)加(jia)(jia)而增(zeng)加(jia)(jia)。進而表明(ming)，在(zai)較(jiao)高(gao)的(de)凝(ning)固(gu)(gu)壓(ya)力下(xia)糊狀(zhuang)區(qu)(qu)的(de)長度(du)較(jiao)小(xiao)且凝(ning)固(gu)(gu)速(su)率(lv)較(jiao)高(gao)，因此(ci)糊狀(zhuang)區(qu)(qu)捕獲夾(jia)雜物的(de)能(neng)力變弱。

   A、B和C點(dian)(dian)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)速度(du)隨(sui)(sui)液相(xiang)體(ti)積分數的(de)(de)變(bian)化(hua)如(ru)圖2-143所示。高溫度(du)梯度(du)通過增(zeng)(zeng)(zeng)大熱浮力(li)來強化(hua)鋼(gang)液對流。另外(wai)，研究(jiu)了(le)糊(hu)(hu)狀(zhuang)(zhuang)區(qu)(qu)中夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)速度(du)隨(sui)(sui)曳力(li)改的(de)(de)相(xiang)應變(bian)化(hua)。凝(ning)(ning)固初期(qi)(qi)，糊(hu)(hu)狀(zhuang)(zhuang)區(qu)(qu)中的(de)(de)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)運動速度(du)隨(sui)(sui)著壓力(li)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)大，在(zai)凝(ning)(ning)固后期(qi)(qi)，糊(hu)(hu)狀(zhuang)(zhuang)區(qu)(qu)內(nei)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)幾乎完全停(ting)止運動時液相(xiang)體(ti)積分數隨(sui)(sui)著壓力(li)的(de)(de)增(zeng)(zeng)(zeng)加而(er)降低。以點(dian)(dian)A為(wei)例，凝(ning)(ning)固初期(qi)(qi)（f=0.98),在(zai)0.1MPa、1MPa和2MPa下夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)速度(du)分別為(wei)1.06×10-3m/s、1.19×10-3m/s和1.52×10-3m/s.當糊(hu)(hu)狀(zhuang)(zhuang)區(qu)(qu)夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)的(de)(de)速度(du)降低到5x10-5m/s時，0.1MPa、1MPa和2MPa下的(de)(de)液相(xiang)體(ti)積分數分別為(wei)0.74、0.68和0.62.這(zhe)意(yi)味著夾(jia)雜(za)物(wu)(wu)從糊(hu)(hu)狀(zhuang)(zhuang)區(qu)(qu)逸出(chu)的(de)(de)能力(li)隨(sui)(sui)壓力(li)增(zeng)(zeng)(zeng)加而(er)增(zeng)(zeng)(zeng)強。

   綜上所述(shu)，增(zeng)加(jia)壓力(li)可以顯著(zhu)抑(yi)制(zhi)糊狀區中夾雜(za)物(wu)(wu)的富集，并通過降低糊狀區捕獲夾雜(za)物(wu)(wu)的能(neng)力(li)，提高(gao)夾雜(za)物(wu)(wu)從糊狀區中逸出(chu)的能(neng)力(li)，使鑄錠內夾雜(za)物(wu)(wu)分布(bu)更加(jia)均勻。