材料学1张旭东 第三章 [只读] [兼容模式].pdf

第三章 纯金属的凝固 非晶化 结晶 非晶体 晶体 凝固 液态 固态 结晶 晶体 铸造 固态零件 1 3.1 纯金属的结晶过程 3.1.1 液态金属的结构 液体和固体的衍射数据 液态体积 略有增大 原子间距略有增大 配位数比密排结构略有降低 2 总体上处于无规密集堆积 长程无序短程有序 有时间和 空间上的 晶 起伏 胚 3.1.2 纯金属的结晶过程 形核 长大 形核率 线长大速度 单位时间内单位体积液体中 单位时间内晶核的长大的线 晶核的生成数量N(m-3.s-1) 长度G(m.s-1) 3 单位时间形核数 N ? 未形核体积 3.2 结晶的热力学条件 3.2.1 结晶的过冷现象 Tm：平衡结晶温度 Tn：实际开始结晶温度 △T= Tm -Tn ：过冷度 4 3.2.2 凝固的热力学条件 常压条件下： f? C ? P ?1 ，当C=1，P=2时，f=0 所以当纯金属在常压下液固两相共存时，是一个等温过程。 自发过程：?G ? 0 考察等压条件 下的冷却过程 G? H ? TS ? dG? Vdp ? SdT 5 dG 常压下： ? ?S ? 0 dT 在一定温度下由液相向固相转变时，单位体积自由能的 变化： ?GV ? G S ? G L ??( H S ? H L?) ? T?( S S ? S L ?) 恒压下： Lm ?HP ? H L ? H S ? L m, ? S m ? S L ? S S ? Tm Lm是溶化热潜热，Sm是溶化熵。 由上面的各式可得： ?Lm?( T m ? T ?) ?Lm ? T ?GV ? ? Tm T m 6 ΔT 大于0凝固才可以自发进行，且ΔGV 是ΔT的线性函数， 过冷度越大，液态和固态的自由能差值越大，相变驱动力 越大，凝固过程加快。 3.3 形核规律 在母相中形成大于等于一定临界尺寸的新相晶核的过程叫 形核。 形核方式有两种：A. 均匀形核 B. 非均匀形核 3.3.1 均匀形核 新相晶核在遍及母相的整个体积均匀地自发形核的过程叫 均匀形核。 7 1. 均匀形核的能量条件 晶胚随时间和空间起伏。 当过冷液体中出现晶坯时： 一方面由于晶胚的形成，转变为固态的排列状态使体系 的自由能降低（体积自由能差—相变驱动力）。 另一方面