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材料科学基础--凝固.ppt

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第四章金属的凝固
熔化
炼钢浇注炼铜
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。
多数材料都要经过凝固过程。
凝固过程影响材料组织、后续工艺性能、使用性能和寿命。
了解凝固过程,对控制铸件的质量,提高金属制品的质量十分有益。
凝固可为其它相变的研究提供基础。
液态金属的性质
从宏观性质推断:
熔化体积变化小,原子间距接近固体
熔化热较小,键的变化较小;
正电阻温度系数,仍是金属键;
热容变化小,原子运动特性差别小;
熔化熵较小,典型金属<10J/mol·K,L与S相近的结合键和结合力。
熔液的过冷与凝固过程
(1)过冷现象
过冷:液态材料在理论结晶温度以下仍保持液态的现象。
过冷度:液体材料的理论结晶温度(Tm) 与其实际温度之差。
△T=Tm-T (见冷却曲线)
过冷是凝固的必要条件。
(2)凝固的热力学条件
根据热力学第二定律,过程自动向G降低的方向进行
等压时
G-T曲线均为负斜率,但是L相由于S较大,斜率更大。
在适当温度-熔点,二者相交
结晶的驱动力
在一定温度下
因为H=HS-HL -LM; S-LM/TM
△T>0, △Gv<0
过冷度越大, 一般越有利于凝固。
△G的绝对值为凝固过程的驱动力。
适度过冷是凝固的必要条件
(3)结晶过程
结晶的基本过程:形核-长大。固体从无到有,从小到大。直到液体消失,或固体相遇为止。
描述结晶进程的两个参数
形核率:单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。
长大速度:晶核生长过程中,液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用G表示。

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