华南师范大学材料科学与工程教程第六章 材料的凝固与气相沉积(二).ppt

3/26/2017 1第六章材料的凝固与气相沉积(二) 3/26/2017 2 三、固溶体合金的凝固 1、合金凝固的三种典型情况 1)平衡凝固平衡分配系数 k 0 L Sx xk? 0仅与合金相图本身的特性有关; 加入成分降低熔点,则 k 0 <1; 反之则 k 0 >1 k 0x 0x 0x 0 /k 0 T 1T 2T 3x L 固液界面平衡分配系数成分变化若直线斜率为正,则 k 0 >1, 若斜率为负则 k 0 <1 无论如何,液-固"界面"处固相液相的成分符合平衡分配系数 3/26/2017 3 3/26/2017 4 固体液体 x k 0x 0x 0x 0 /k 0 T 1T 2T 3x L热自左向右定向凝固 X x 0x sx L T 1:开始结晶出的固相成分为 k 0x 0T 2:最初液固界面处平衡浓度分别是 x L,x s,随后通过扩散使成分均匀! T 3:固体整体成分达到合金成分 x 0,凝固结束在T 2时固相、液相整体成分达到 X S和X L时建立平衡平衡凝固特点? 3/26/2017 5 平衡凝固特点: ①液相中溶质原子通过迁移而分布均匀,固相中溶质原子通过扩散也分布均匀; ②液相及固相成分随温度的变化而变化,但在任一温度下都达到平衡; ③结晶后晶粒内成分均匀,无宏观偏析及微观偏析 k 0x 0x 0x 0 /k 0 T 1T 2T 3x L热 3/26/2017 6 2)固相内无扩散,液相内能达到完全均匀化的不平衡凝固 x max x 0 T 1T 2T 3x L -x Sx Lx 0xk 0x 0固液x max k 0x 0x 0x沿棒距离 x 在T 2液-固界面上两相形成局部平衡凝固结束,固相成分沿整个棒长度的变化 T 1:固相成分 k 0x 0T 2:固相成分为 X S,但为不平衡凝固, 只是在局部遵循平衡分配! T 1→T 2,固相成分沿虚线下行 T 3:界面上固相成分达到 x 0,尚存液相 T ET E:发生共晶反应 3/26/2017 7 3)固相内无扩散,液相内只有扩散没有对流溶质(液相不能均匀化),原子只能部分扩散的不平衡凝固 x max x 0 T 1T 2T 3x L最初结晶出的固相成分: kx 0过剩溶质原子排出到液体中, 液体成分不能均匀化只有扩散无对流界面上液相的浓度 x L,远离界面的成分仍为 x 0 固相中排出的溶质量越多,界面上液相的浓度也越来越高, X S达到合金成分 x 0时,界面上液相也达到 x 0 /k 3/26/2017 8 x 0SLkx 0 x 0 /k 0x 0k 0x 0 D/v LS稳态最终瞬态 x max x E 起始瞬态 x 0k 0x 0距离因界面上液相浓度的提高,固相浓度也相应地提高使 x s随距离变化较陡。 x S→x 0 , x L →x 0 /k 0时间里稳定状态凝固结束后,固相成分的变化显示三个阶段! x max x 0 T 1T 2T 3x L 3/26/2017 9 曲线 1曲线 3曲线 1 曲线 3曲线 2 曲线 3k 0C 0C 0合金凝固的三种情况溶质分布曲线实际合金的凝固介于曲线 2与曲线 3之间! 3/26/2017 10 2、成分过冷及其对晶体生长的影响针对第三种合金凝固情况, 本质上就是说明固溶体成分影响熔点的问题! X 0 /k 0x 0v液 T1 T L T 3T x成分过冷 D/v G CR 固液距离 X→固相表面的浓度达到x 0时,界面上液体的浓度达到 x 0 /k 0, 此后开始稳态凝固生长! 从界面开始液相成分成指数下降到 x 0 液相中含溶质量越少,熔点越高 x max x 0 T 1T 2T 3x L