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5

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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>

-

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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

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1

可知当过冷度

T

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=0

时临界晶核半?/p>

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*

为无穷大,临界形

核功?/p>

2

1

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G

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)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

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Δ

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物理?/p>

义:

 

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时,

 

ΔGs

占优势,?/p>

ΔG>0,晶核不能自动形成?/p>

 

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ΔG<0,晶核可以自动形成,并可以稳

定生长?/p>

 

临界形核功:Δ

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*

=16

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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>

 

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固体中的扩散

 

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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>

-

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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>

 

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1

可知当过冷度

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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>

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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>

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纯金属的凝固

 

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、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>

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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

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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>

 

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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>

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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>

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材料科学基础重点知识 - 百度文库
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纯金属的凝固

 

1

、金属结晶的必要条件

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-

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-

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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>

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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>

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达到最大值时的晶核半?/p>

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临界形核功:Δ

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=16

π

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3

/3

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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>

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应力集中越小,故材料的强度越高?/p>

 

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固体中的扩散

 



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