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5
?/p>
纯金属的凝固
1
、金属结晶的必要条件
:过冷度
-
理论结晶温度与实际结晶温度的
差;结构起伏
-
大小不一的近程有序排列的此起彼伏;能量起?/p>
-
?/p>
度不变时原子的平均能量一定,但原子的热振动能量高低起伏的?/p>
象;成分起伏
-
材料内微区中因原子的热运动引起瞬时偏离熔液的?/p>
均成分,出现此起彼伏的现象?/p>
结晶过程:形核和长大过程交替重叠在一起进?/p>
2
、过冷度与液态金属结晶的关系
:液态金属结晶的过程是形核与?/p>
核的长大过程。从热力学看,没有过冷度结晶就没有趋动力。根?/p>
T
R
k
?/p>
?/p>
1
可知当过冷度
T
?/p>
=0
时临界晶核半?/p>
R
*
为无穷大,临界形
核功?/p>
2
1
T
G
?/p>
?/p>
?/p>
)也为无穷大,无法形核,所以液态金属不能结
晶。晶体的长大也需要过冷度,所以液态金属结晶需要过冷度?/p>
孕育期:过冷至实际结晶温度,晶核并未立即产生,结晶开始前?/p>
这段停留时间
3
、均匀形核和非均匀形核
均匀形核:以液态金属本身具有的能够稳定存在的晶胚为结晶核心
直接成核的过程?/p>
非均匀形核:液态金属原子依附于固态杂质颗粒上形核的方式?/p>
临界晶核半径?/p>
Δ
G
达到最大值时的晶核半?/p>
r
*
=-2
γ
/
Δ
Gv
物理?/p>
义:
r<rc
时,
ΔGs
占优势,?/p>
ΔG>0,晶核不能自动形成?/p>
r>rc
时,
ΔGv
占优势,?/p>
ΔG<0,晶核可以自动形成,并可以稳
定生长?/p>
临界形核功:Δ
Gv
*
=16
π
γ
3
/3
Δ
Gv
3
形核率:在单位时间单位体?/p>
母相中形成的晶核数目。受形核功因子和原子扩散机率因子控制?/p>
4
、正的温度梯?/p>
:靠近型壁处温度最低,凝固最早发生,越靠近熔
液中心温度越高。在凝固结晶前沿的过冷度随离界面距离的增加?/p>
减小。纯金属结晶平面生长?/p>
负的温度梯度
:过冷度随离界面距离的增加而增加。纯金属结晶?/p>
枝状生长?/p>
5
、光滑界面即小平面界?/p>
:液固两相截然分开,固相表面为基本?/p>
整的原子密排面,微观上看界面光滑,宏观上看由不同位向的小?/p>
面组成故呈折线状的界面?/p>
粗糙界面即非小平面界?/p>
:固液两相间界面微观上看高低不平,存
在很薄的过渡层,故从宏观上看界面反而平直,不出现曲折小平面
的界面?/p>
6
、凝固理论的应用?/p>
细化晶粒、定向凝固技术、单晶体的制备、非
晶态合晶的制备
7
、晶粒细化的方法和原?/p>
晶粒度:实际金属结晶后,获得由大量晶粒组成的多晶体的晶粒
的大?/p>
细晶强化:通过细化晶粒来提高材料强度的方法
细化晶粒的方法:增加过冷度:提高冷却速度和过冷能力;变质
处理:往液态金属中加入形核剂,促使形成大量的非均匀晶核,以
细化晶粒的方法;振动与搅拌:使正在生长的枝晶破碎,提供能?/p>
促使自发晶核的形成?/p>
机理:晶粒越细小,位错塞集群中位错个?/p>
n
越小,根据?/p>
=n
τ
0
应力集中越小,故材料的强度越高?/p>
?/p>
6
?/p>
固体中的扩散