第2章 凝固热力学ppt课件.ppt

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1、第二章凝固热力学第一节液态金属结构第二节二元合金的稳定相平衡第三节固-液相界面成分第四节溶质平衡分配系数第一节液态金属结构固体金属加热膨胀原子间距增大原子逃逸产生空穴，及其空穴的移动固体金属的熔化原子键突然破坏,原子规则排列突然崩溃金属体积突然膨胀如:Cu熔化时体积增加4.2%Al熔化时体积增加6.6%金属性质发生突变电阻↑如:Cu熔化时ρl/ρs=2.07Al熔化时ρl/ρs=1.64粘性↓(流动性↑)快速冷却为玻璃液态金属结构液态金属结构:近程有序介于气体和固体之间,更像固体汽化潜热与熔化潜热之比（Lb＞＞Lm）表1-1熵值变化（ΔSm/ΔS变化不大）

2、表1-2液态金属的基本特征：1、有固定的体积。2、有很好的流动性。3、物理化学性质接近于固态，而远离气态。液态金属的遗传性：1974年法国J.C.Margerie提出，认为炉料的某些特性，经过熔化浇注后，所得的铸件中也具有这种特性：炉料的组织和缺陷对凝固后铸件或毛坯的组织和缺陷有影响;在液态金属中加入合金元素后,改变了合金元素与元素之间的相互作用,进而影响凝固后铸件或毛坯的组织;液态金属或合金的结构如过冷度、净化程度等不同,对凝固后的铸件或毛坯的组织有影响。组织遗传性液态金属结构的遗传性凝固热力学主要任务：1)金属凝固过程中各种相变的热力学条件；2)平衡(

3、或非平衡)条件下固、液两相或固-液界面的溶质成分；3)溶质平衡分配系数的热力学意义及压力、晶体曲率的影响。第二节二元合金的稳定相平衡自由焓(能)随温度、压力而变化:dG=VdP-SdT恒压下，dG=-SdTS＝-dG/dT在熔点温度（Tm）：两相自由能相等，即GL=GS平衡共存T

4、平衡需要时间,而β相和γ相的平衡熔点附近α相的吉布斯自由能差大。在液态金属连续冷却时,较低温度下的凝固则各相都有可能形成。相平衡温度外界压力改变引起相平衡温度改变平衡两相有不同的摩尔体积,压力改变时,自由能增量不相同,为了保持平衡,必须相应地调整温度。dG=VdP-SdTΔS=ΔH/TP↑，α/γ平衡温度↓；熔点↑；P↑↑，α-Fe→ε-Fe表面曲率改变引起相平衡温度改变凝固时,表面曲率对固相来说相当于增加了一项附加压力,该附加压力与界面张力平衡化学势（位）某一组元的化学势为1mol该组元物质的吉布斯自由能，是1mol的恒温等压势。以二元系为例，用自由能－

5、成分曲线求化学位：（2-22）（2-24）（2-22）＋（2-24）二元系中用吉布斯自由能G－成分xB曲线求化学势：组元A和组元B没有混合的情况下自由能：组元A和组元B混合后的情况下自由能：相平衡：相平衡时，每一组元在共存的各相中的化学势都必须相等。在k个元素含有p个相的体系中，恒温等压的化学平衡条件是：在A、B二元合金系中，相平衡时，在共存的各相(α、β)中的化学势都必须相等。自由能曲线与相图的关系第三节溶质平衡分配系数溶质平衡分配系数k0概念定义：溶质平衡分配系数k0为恒温下固相溶质浓度Cs与液相溶质浓度Cl达到平衡时的比值。Ko=Cs/Cl如何计算K

6、0＝？用热力学方法计算溶质平衡分配系数K0：利用液相线斜率mL及结晶潜热ΔHm计算K0：界面曲率对溶质平衡分配系数k0的影响压力对溶质平衡分配系数k0的影响第四节固-液相界面成分及界面溶质分配系数固-液相界面成分平衡状态：切线1：公切线，某一温度平衡状态平衡成分XS(eq),XL(eq)；非平衡状态：1）切线2，固相成分2‘～2“；2）切线3，固相与液相成分相等，X(T0)，最大值。3）切线4，界面固相成分范围变小，随着界面液相成分由XL(eq)变小，界面固相成分存在的范围由小变大，再变小。OB线表示3点以左所有无扩散相变；OE线表示溶质组元B化学势在S、

7、L两相中相等；PE线表示溶剂A在在S、L两相中化学势相等；E点：平衡状态；两组元A、B的化学势在两相S、L中均相等。B点：无扩散相变时液相的最高成分及最高温度；也显示了能从任一成分的液相等温形成固相的最高成分和温度。平界面的稳定凝固Ⅰ区：C(T0)＜C0＜CL(eq)T0＜T＜TL(C0)界面溶质分配系数