Chalmers在否定了自己的前一個過冷液體中非均質形核理論後，於1963 年提出了型壁晶粒脫落與游離理論，即在澆注過程中及凝固初期激冷等軸晶自型壁脫落與游離促使等軸晶形成，而後又得到不同研究者的驗證和發展。大野篤美用高溫顯微鏡對Sn-10%Bi 合金的凝固過程進行了連續攝影直接觀察,證實了凝固初期在型壁上形成等軸晶的游離過程。
基本介紹
- 中文名：型壁晶粒脫落與游離理論
- 提出時間：1963年
在澆注過程中，由於澆注系統和鑄型型壁處的吸熱產生大的過冷，促使大量晶核形成，產生大量的細小等軸晶，這些小等軸晶從型壁脫落並隨著澆注液流而分布於整個鑄件，如果經歷的區域溫度不高，這些小等軸晶被熔化掉的也少，大部分可以保留下來成為等軸晶的核心，這就說明了為什麼澆注溫度低可以使柱狀晶區亦窄而擴大等軸晶區的原因。當鑄件中心的等軸晶阻塞著柱狀晶發展時，柱狀晶即停長大。
即便在澆注過程中等軸晶沒有來得及形成,那么在澆注完畢凝固的開始階段，型壁處形成的晶體,由於其密度大於或小於母液會產生對流，依靠對流可將型壁處產生的晶體脫落且游離到鑄件的中心區域，此外,型壁處和鑄件中心的液體溫度差造成的熱溫對流，也使得晶體由型璧處向內部熔體游離。而且，金屬表面的空氣冷卻使表面的液體因溫度降低密度增大而下沉和沿型壁處液體的上升使對流作用加劇，從而也將型壁處的晶體帶至型腔內部。
對於純金屬來說，即使在同樣的鑄造條件下，也幾乎得不到等軸晶(主要得到柱狀晶)。因為純金屬在型壁處產生晶體的游離是很困難的。由於型壁處過冷度最大，所以沿型壁方向晶體的長大速度最快，晶體與晶體間很快能夠連線起來形成凝固殼。一旦形成穩定的凝固殼後,晶體再從型壁處游離出去就很困難。如果向金屬中添加溶質，則在晶體與型壁的接觸處將會形成溶質的偏析。而溶質的偏析容易使晶體在此處產生“縮頸”。一方面，具有“縮頸”的晶體不易於沿型壁方向與其相鄰晶體連線形成凝固殼; 另一方面，在澆注過程和凝固初期存在的對流容易沖斷“縮頸”，使晶體脫落並游離出去。
這些游離的晶體遇到高溫會發生局部熔化，遇到低溫時再長大，長大時也可能產生縮頸,再遇到高溫熔斷成碎晶，再遇到低溫時又長大，完成增殖過程。
