晶核的形成和成长...ppt

第六章物质的凝固，核的形成，晶体的生长，固溶体合金的凝固，共晶合金的凝固，概述，制造工艺及凝固结构，返回，从液体到固体的物质转化过程称为凝固。金属和合金通常经过熔化和铸造。从液体到固体的凝固过程。金属和合金的结晶组织对其性质和后续处理有很大影响，但结晶组织的形成与结晶过程密切相关。因此，了解金属和合金的结晶理论和结晶过程，不仅有助于了解控制、概述、上下、铸造组织、金属产品性能提高的重要指导和作用，还有助于了解金属和合金的固体相变过程。合金在很快的冷却速度下可能是非晶的。玻璃的凝固是非晶体。热固性塑料，非晶冷凝橡胶；热塑性塑料中有一些是非晶的，有一些是结晶型的。材料的凝固和气相沉积是目前制造材料的两种主要类型。上、下、纯金属凝固、固溶体凝固、过冷、凝固过程、平衡凝固不平衡凝固：组成过冷、形状核、生长、不均匀、L-S界面微结构、生产形态、胞状突起、粗糙光滑原子集团内部保持固体的排列特性，而原子集团之间的结合却严重受损。远距离无序，短距离范围有接近晶体状态的原子排列(短距离排列)。上，下，浓度波动：各原子组之间的成分差异。能量波动：液态金属中每个原子间能量的不同点和每个原子组间大小不同的现象，或系统中每个小体积的能量超出系统平均能量水平，大小不同的现象。结构变动：液态金属的各种结构不稳定性。所有原子集团瞬息万变，聚在一起分散。上，下，2，金属过冷现象的结晶(图)热分析实验表明，纯金属的实际开始结晶温度t始终低于平衡结晶温度理论结晶温度Tm(理论结晶温度)，这种现象称为过冷。实际结晶温度t和平衡结晶温度Tm的差值 t称为过冷。过冷大小可以由特定条件、冷却曲线确定。理论结晶温度冷却到Tm以下的温度之一时，上、下、下、下、液态金属开始结晶，结晶潜热释放导致冷却曲线中的温度上升。释放的结晶潜热在一定温度下进行，直到结晶结束，在冷却曲线中显示为水平段(图6-1)，从而准确补偿系统向外流出的热量。与此水平段相对应的温度是金属的实际结晶温度t，t和Tm之间的差异是此冷却条件下金属的过冷度。上下，过冷大小与金属的特性、纯度和冷却速度有关，随着金属的不同，过冷倾向不同，金属的纯度越高，冷却速度越大，过冷程度越大。在和较慢的冷却条件下，水平段的温度与理论连接温度非常不同，因此，与较慢冷却曲线的水平段相对应的温度可以视为平衡结晶温度Tm(图6-1b)。，Tm，T， t，T，温度，()，图61纯金属结晶的冷却曲线，表示凝固的热力学条件、驱动力、液体和固体石膏自由能量-温度曲线、上页、下页、实际结晶温度始终低于理论结晶温度且必须过冷。上、下、后、3。过冷，向下，向后，4。结晶的一般过程是当液体金属冷却到低于熔点Tm的温度时，开始结晶时，在液体中首先形成称为结晶核的恒定微晶。随后，这些原子核逐渐增长，在液态金属中形成新的、稳定的结晶核并生长。整个结晶过程是核的持续形成和生长，从小到大到大的整个过程。最后的决定相互接触。液体完全消失后形成的，上，下，固体金属的结晶组织。每个核长成一个规则的晶粒，晶粒之间的界面是晶体。(图)因此液态金属的结晶过程包括两个基本过程：核型和生长，这两个过程同时进行。液态金属在结晶时产生的原子核越多，结晶后晶粒大小就越小，反之，晶粒大小就越大。(上，下，上，下，1节核的形成，1 .假定均匀核形成一球的核。也就是说，合金从液晶核变成球形的固相核的能量变化是，(临界核的半径)，1的液体中，通过自身的结构变化和能量变化形成新上半身的过程。上、下、回、核的成核，容易成核，临界核的小半径，上、下、核半径和G之间的关系，说明，L-S的体积自由能差异补偿临界核所需的表面能量的三分之二，剩下的三分之一补偿非均匀核，附着在液体的特定固体表面(外部杂质表面或容器壁)，6-5，6-5，上，下，表面张力平衡：上，下，上，下，(2)，因此，表示固体不能有非均匀的形状，因此上、下、的基本效果可以得出以下结论：(3)如果基底界面是曲面而不是平面，则角度和临界角度半径相同时，晶核的体积表示基底的凹面最小，平面居中，凸面较大。可见凹面型芯的促进效果最高。上、下、3。核速度：单位时间单位体积中形成的核结晶数，6-3，上，下，上，下，核形成速度n是单位时间，单位体积形成的核结晶数。在均匀核的情况下，核生成率由获取能量波动的概率系数N1和原子扩散系数N2两个方面控制。过冷时间较长时，成核速度主要由N1控制。随着过冷度的增加，N1增加，成核速度迅速增加。但是寒冷时，成核速度主要由N2控制。随着过冷度的增加，N2下降，成核速度迅速下降。对于上、下、非均匀核，其核功能比均匀核小得多，因此可以在较小的过冷度下获得较高的成核率。非均匀核主要由表面(如再杂质或模具壁)形成，因此非均匀核的最大值取决于液体金属中基本可用的固体粒子的种类和数量。上下，返回，第二节晶体生长，I .液-固界面微结构，粗糙界面L-S原子没有完全分离，高低，粗糙不平的排列。光滑的界面L-S原子被分离并排列成平面原子平面。上、下、1，材料的熔体熵对晶体生长的影响熔体熵是表示材料晶体生长特性的基本参数，用 s/k=表示。中间s=ss-sl，k是玻耳兹曼常量， h是熔化热，Te是理论凝固温度。(1)2(这种类型的界面在晶体生长时，液体原子可以从界面的任何地方移动到固体，从而导致晶体的连续生长。生长速度v=k t，k是大比例常数。 h，kte，h，kte，上，下，2)=23.5液体-固体接口只有一个原子层厚度，通常称为光滑接口，接口上有很多台阶和纽结，液体原子必须附着在台阶和纽结上，才能沿着台阶原子装满这个单一的原子层后，生长会暂时停止，表面有新的台阶，继续生长；但是，如果晶体表面有螺丝电位，就可以稳定提供生长阶段。， h，kte，(3)10生长速度很慢，只能通过液体-固体界面上不断二维的形成来生长。这种物质的凝固过程在很大程度上取决于成核速度，而不是生长速度。2.温度对晶体生长的影响，kte， h，粗糙界面，负温度梯度：枝晶生长，正温度梯度：平面生长，上，下，平滑界面，正温度梯度：一系列小步骤，负温度梯度：多面体，为什么形成这种形式？向上、向下、正温度梯度下的平面生长。(1)对于粗糙界面晶体，生长界面以垂直增长方式推进。由于前面的液体温度高，生长界面只能随着前面的液体逐渐冷却而均匀向前。整个液固相界面保持稳定的平面状态，不产生明显的突起。界面上的温度保持相同，粗糙界面移动所需的能量较少，因此大多数金属的动态过冷度相当小，晶体的生长界面几乎与等温线一致。(2)对于无缝接口结构，生长接口以小平面阶段增长方式推进。面步的扩展也不会进入前温度高于等温线的液体，因此从宏观角度看，液体-固体相界面似乎与等温线平行，但平面与等温线有一定的角度。在负温度梯度下像树枝一样生长。晶体生长界面一旦局部膨胀，前部液体就会因过冷增加而增加生长速度。在这种情况下，生长界面保持扁平，而不是上下页面，并形成大量延伸到液体中的晶轴。(1)在具有粗糙界面结构的金属晶体中，以树脂方式生长。(2)光滑界面结构的晶体，具有以平面生长为主、有面相的一些树脂相晶体特征。上，下，回，三节固溶体合金凝固，1，合金凝固三个典型案例1，平衡凝固，平衡分配系数：平衡固溶体组成均匀。上，下，2，不平衡凝固(1)在固相内不扩散，在液相内可以达到完全均匀化，因为是不平衡凝固，平衡分配系数是局部平衡，而不是组成中整个固相和液相的平衡分配，这意味着在界面上液体-固两相必须保持一定的溶质分配。(2)没有固体内扩散，只有液体内扩散，对流溶质原子可以部分混合。上，下，下，下，C0，曲线1，曲线3，曲线3，曲线1，曲线2，图6-16合金凝固的溶质部门曲线比较曲线1平衡凝固曲线23354不平衡凝固， 有效分配因子：图，下页，上页，上页，上页，上页，后退，上页，下页，3，组件过冷，1。 组件过冷的概念：合金正常凝固时溶质分散存在于液体-固体界面前端，界面前端的前沿液体熔点变化。合金液体的熔点取决于溶质浓度的变化，由相图中的液相线决定。对于Ko1，液体熔点随溶质浓度的增加而减少。界面前端过冷的发生不仅与界面前端的实际温度分布有关，还与液体溶质浓度相关的过冷成分溶质浓度分布有关。上下，组件过冷取决于组件变化和实际温度分布。组件的过冷大小和分布的基本因素是凝固时界面前沿液体的溶质浓度和实际温度的分布。，纯金属凝固热温度过冷合金凝固组件过冷，上，下，2。元件过度冷却，向上、向下、3。构成过冷的临界条件，下，上，上，下，元件过冷的影响因素，上，下，3，元件过冷和晶体生长形状的影响成分相对于过冷部分生长缓慢的结晶表面的先端可能会略微突然延伸到液体中，小成分过冷区域限制生长，不修剪。这称为细胞型生长。形成的细胞结构在横截面上有规则的六角形，在垂直截面上有平行杆结晶集，在每个晶体的中间两边凹进去，中间先凝固，将杂质流向两侧，这称为显微镜的细胞分离。图，上，下，后，4节共晶合金凝固，1，共晶形成，合金凝固过程，形状芯，替代交联，生长相互促进的并行生长，上，下，特定过冷中先析出(的情况)共晶体的生长由两相相互作用的平行生长，共熔生长原子扩散由两相持续生长维持，因此各相生长由不同的相，共熔凝固，上，下，后，下，下，2，共晶的结构，共晶的形态基本特性两相交替排列，但两相形态为片状，棒状，球形，花状，共晶两相凝固生长过程中，分为液-固界面的性质，上、下、下、下、第三成分对共晶组织的影响细胞，共晶合金的第一形态，上、下、杂质对共晶生长的影响1，杂质对第一共晶生长的影响()(2)杂质的影响可以将片状共晶结构转变为棒状共晶。2.杂质对2种共晶生长的影响在2种共晶中添加少量杂质时，共晶组织发生了巨大变化。(1) Al-Si共晶合金中添加少量钠盐，形成厚板，背面或床上共晶Si细长，分枝很多；还出现了少量铝初级晶体。Fe-C共晶(1)在灰色铸铁中添加铈或镁合金，可以使片状石墨成为球形。4.偏离共晶成分的合金凝固物质的特性由两相本征的特性、相、面、二相体积比和两相形状决定。凝固生长时，如果G/R小于阈值，形成过冷组件，则细胞或突起组织形成，G/R大于阈值，才能获得杆状结构的共晶。当C0组成的合金接近CE时，很容易得到片状结构的共晶。返回，下一步，返回，5节制造工艺和凝固组织，下一步，返回，确定薄表面等轴：T增量，每个方向的热条件相同，n增量。树突：垂直于腔壁，冷却快，生长快。中心粗糙等参：较小，每个方向的冷却条件相同。问题，三区形成原理？向下，向后，3区形成原理：(1)表面微粒子区：液体在高温液体倒入模具中时会强烈冷却，从而得到过冷，但模具壁有利于非均匀成核，因此在模具壁表面形成了大量核，这些核迅速生长，形成表面微粒子区，以便相互接触。(2)柱状晶区：在形成微晶区的过程中，模具壁开始加热，结晶潜热释放导致液体的过冷度降低，形状核率迅速下降，只有在微晶区中已经形成的晶体才会成长为液体。由于沿面、背面、背面、沿垂直成形墙方向的热量最快，并且每个粒子在烧结区域的结晶位置不同，因此只有与热方向平行的粒子才能继续增加到液体深度，形成与大型壁垂直的大致大的柱状晶区。(3)中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，固体层继续增厚，模具壁垂直散热速度减慢，柱状晶的生长速度相应减慢，溶质再分配，使液固界面前端的液体发生成分过冷，随着柱状晶的生长而增加。当成分过冷度增加到