材料成形技术基础凝固部分复习

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1、1.材料成形要素:材料、能量、信息2.凝同过程屮材料的物理性质与晶体结构产生的变化：体积改变、外形改变、熵值改变、产生凝固潜热、晶体结构改变、溶质再分配3.自发过程判据（1）自由能最低原理：等温等容条件下体系的自由能永不增大；自发过程的方向力图减低体系的自由能，平衡的标志是体系的自由能为极小。（2）Gibbs自由能判据（自巾焓判裾）：等温等压条件下，一个只做体积功的体系，.其自由能永不增大；自发过程的方向是使体系自由能降低，当自由能降到极小值时，体系达到平衡。4.金属凝固的驱动力主要取决于过冷度AT，过冷度越大，凝固的驱动力就越大。金属不可能在T=T

2、m时凝固。5.过冷一一实际开始结晶温度低于理论结晶温度的现象。6.界而张力：互相接触的两物体会形成分界而，分界而上原子受力不平衡，合力则指14物体内部，从而使接触而产生自动缩小的趋势。7.自发形核:在没有任何外来界妞的均匀熔体中的形核过程；非自发形核：在熔体中依靠外来杂质或者容器壁面提供的衬底进行形核的过程。8.自发形核临界形核功与临界晶核半径式中-单位体积液自由能差;Iv-晶核体r-AC；nt式屮A*=4/r(r*)2=16/r(°"/5)即临界晶核表面临界形核功相当于表面能的V3,这意味着固、液之间体积自由能差（AGV）只能供给形成临界晶核所需表

3、面能（AGD的的，其余1/3的能量靠能量起伏來补足。9.非向发形核临界形核功与临界晶核半径晶核形成前：a晶核开》成后：D+c、a则:AG=aA+aA-aA而：AG=有:A(?=AG+4,=(2/r/sin()、、rd()、—V=J^[7T(rsin^)2~d[r—(rcos^)]3r2—3cos34-cos36?^=疋广LJ分别将V、斤、A:代入上式并利用人CSAG=(刀r△AG；/(^中：fW2—3cos沒+cos'沒当G介于0°—1

4、80°间时ZG*he总是小于AG*ho当6>=0时：AG:=0,无过冷下即可形核。

5、当沒=180•时：△（｝:=△（；:,，非自发形核不起作用。10.形核剂特点：失配度小，粗糙度大，分散性好，高温稳定性好11.粗糙界而：微观粗糙、宏观光滑；将生长成为光滑的树枝状；大部分金属属于此类（以粗糙界面生长的晶体，其生长方向取决于热流方向而与晶体的位向无关。）12.光滑界面：微观光滑、宏观粗糙；将生长成为有棱角的晶体；金属化合物、非金属、类金属（Bi、Si）（晶体生长方向取决于晶体的位向。）13.固液界面结构选择原理：Jackson判据固液界面结构因子a取值

6、（1，10）1.当aS2时，AG:在固-液界面原子位置有50%左右被液态原子沉积时最小3也就是说当固-液界面上有一半左右原子被沉积时界面的自由能最小，此时的固•液界面形态称之为粗糙界面。2.当时，AG,的最小值在.Y接近于0和1的两端，这意味着界面上有很多空位未被原子占据或几乎所有的空位均被原子占据。在这两种情况小界面的自由能最小，此时的固-液界面形态称之为光滑界面。14.生长方式：晶体的生长方式决定于固-液界而结构。一般飢糙界而对应于连续长大；光滑界面对应于侧面长大（是非连续性的）。15.溶质再分配：由于金属凝固吋液固界曲'的溶质含量不同，以及固相

7、和液相中的溶质扩散造成的晶体中溶质成分的非均匀分布现象。（是造成凝固偏析的原因）16.根据凝固时晶体形成的特点，把凝固时只析出一个固相的合金，叫做单相合金；而把凝固时同时析出两种以上新相的合金，叫多相合金。17.成分过冷概念:由溶质再分配导致同•液界面前沿平衡温度发生变化而引起的过冷称为“成分过冷”。18.成分过冷产生的结果：将使得固液界面以平界面生长的状况发生变化。由于紧邻固液界面液相侧的液体过冷度要小于离固液界面稍远处，因此如果由于某种原因在固液界面上产生一个小的凸出的话，其生长动力学过冷度将高于界而处，因此，它将得到优先的生长。这使得原先的平界

8、而生长方式发生改变。导致界而生长方式的变化。19.影响固液界面形态的因素（凝固界面形态分为：平界面、胞状界面、和树枝界面）：当合金成分一定时，随值的减少，晶体形态由平面晶向胞状晶向胞状树枝晶、柱状树枝和等轴树枝晶转变。；当一定时，合金中溶质含量（CO）越高，界面保持平界面越困难。20.偏析：金属凝同过程中发生化学成分不均匀的现象21.微观偏析可造成材料本身的组织和性能的变化以及耐腐蚀性降低，通常发生在树枝晶或胞状晶心部与晶间成分的差异。*f•面晶GLf>fR022.微观偏析有两种情况：（1）晶内偏析：枝晶和胞晶内部由于生长时固液界面溶质含量的不同导致

9、从枝晶的枝干A部向外侧溶质浓度逐渐增加（KO<1合金）（2）晶界偏析：巾于晶界总是处于最后凝同的区域，因此晶