纯金属的凝固.pptx

第五章材料的凝固;第五章 凝固;第五章 凝固;凝固：物质从液态到固态的转变过程。 若凝固后的物质为晶体，则称之 为结晶。 凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。 凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。 ;第一节 材料结晶的基本规律;一.液态金属的微观结构; 第一节;第一节 材料结晶的基本规律;第一节;四、结晶的结构条件 液态金属的微观结构（准晶体模型） 1.相起伏（结构起伏）-近程有序的原子集团时聚 时散，此起彼伏的现象。 2.相起伏的尺寸ΔT? rmax?。;§4.2 结晶的热力学条件;对 进行讨论：;二、单位体积自由能ΔGV与过冷度ΔT的关系;将(2)和(3)代入（1）得：;;;3.当r=rk晶胚的长大和熔化都使ΔG?，均为自发进行。 因此r≥rk晶胚就成为晶核，半径为rk的晶核叫作临界 晶核，rk的大小为临界晶核半径。 4.当r＞ r0以后，随着晶核的长大， ΔG ＜0。;;化简得 ;（五）均匀形核的形核率N（nucleation rate）; 金属结晶的形核 率与过冷度的关系;非均匀形核示意图;;将σLB=σSB+σLcosθ及 整理后得到 ： ;（三）临界晶核形核功;1.当θ=0o ,cosθ=1 ΔG非=0, （相当有天然晶核 a); 2.当θ=180o ,cosθ=-1 , （2-3cosθ+cos3θ）/4=1，ΔG非=ΔG均 c); 3.当0o＜θ＜180o时，ΔG非＜ΔG均 ，非均匀形核的 θ在0~180o间变化图b）。;（五）影响非均匀形核的因素（降低界面能）; 均匀与非均匀形核小结;5.对于异质形核:ΔT、θ均影响ΔG非的大小,θ主要 因素，且ΔT?,θ?，均使ΔG非?易于形核。; 温度对晶体熔化及 长大的影响;由上面曲线可知：;二.液--固界面的微观结构;2. 微观粗糙界面;（二）界面形貌的形成条件;当α取不同数值时，χ与ΔGS间存在如下关系：;三、晶核长大机制;(二）二维晶核长大机制（对应光滑界面） ;（三)靠晶体缺陷长大;§4. 5纯金属凝固的生长形态;二、纯金属凝固时的生长形态;3.粗造界面材料：按“垂直生长”机理而长大，;2. 粗糙界面材料：;3.光滑界面材料 因随x的增大,△TK?,Vg?。受界面形貌的影响，分以 下两种情况： ①α值较小的材料，为树枝方式长大，长成带有小平 面的树枝晶??? ②α值较大的材料，小平面长大，长成保持小平面特 征的规则外形。 ;;第一节; 亚共晶白口铁初晶奥氏体 （γ）呈树枝状晶体（黑色）;Pb-Sb合金过共晶初晶Sb呈白色块状;晶核长大小结;三. 凝固后的晶粒度（工业中细化晶粒的措施）;(二）变质处理 ;在浇铸前，搅拌、超声或机械振动等使ΔT↑，N↑， 以达ZV↑，细化晶粒的目的。 原理：振动使枝晶破碎，N↑；振动使散热加快,ΔT↑ 均使晶核增多ZV↑；;①形成过程：; （二） 柱状晶区 ;纯金属铸锭的穿晶组织;树枝晶生长使枝干因局 部重熔与主干脱离示意图;AlMg合金没有变质处理晶粒; 一. 是非题： 对的答（√） ，错的答（×）并改正错误 ;8.非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核 功越小。（ ） 9. 纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯 度必须是正的温度梯度.( ) 10.在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织 （ ） 11. 实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。（ ）; 本教程： 得到河北工业大学 现代化教学中心 （办公电话02226564131） 的大力支持和帮助 ;将(2)和(3)代入（1）得：;1.当θ=0o ,cosθ=1 ΔG非=0, （相当有天然晶核 a); 2.当θ=180o ,cosθ=-1 , （2-3cosθ+cos3θ）/4=1，ΔG非=ΔG均 c); 3.当0o＜θ＜180o时，ΔG非＜ΔG均 ，非均匀形核的 θ在0~180o间变化图b）。;（五）影响非均匀形核的因素（降低界面能）;(二）二维晶核长大机制（对应光滑界面） ;3.粗造界面材料：按“垂直生长”机理而长大，;;晶核长大小结;①形成过程：