单相固溶体晶体的凝固ppt课件

1、. 1，9-4晶粒生长和二次再结晶，1，定义：晶粒生长-材料热处理时，平均晶粒连续增大的过程。 推动力：基质塑性变形增加的能量为晶界移动和晶粒生长提供了足够的能量。 二次再结晶-(晶粒异常生长或晶粒不连续生长)少数巨大的晶体是微细晶体消耗时核生长的过程。 2、2、2、晶粒生长的几何学状况：晶界有界面功能，晶粒形成类似肥皂泡沫的三维排列的边界表面能相同，界面角度呈120度的角度，晶粒呈正六边形的实际表面能不同，晶界有一定的曲率，表面张力使晶界以曲率中心移动如果晶界上的杂质或气泡与主结晶相形成液相，就会阻碍晶界的移动。 3、晶粒生长规律：(1)晶粒生长后期(理论):DD0，(2)实际：直线梯度为1

2、/21/3，更接近1/3。 原因：晶界移动时遇到杂质和气孔，限制了晶粒的生长。 界面通过夹杂物时的形状变化、4，3、晶界移动(1)移动的7种方式、1-气孔进行晶格扩散移动2-气孔进行表面扩散移动3-气孔进行晶格扩散聚合5-气相进行晶界扩散聚合6-单相晶界固有移动7-牵制存在杂质的晶界移动而移动吗？ 障碍？ 影响因素：晶界曲率气孔的直径，数气孔作为孔隙源向晶界扩散的速度气孔内的包含气体压力大的气孔的晶粒的数量。5、气孔通过孔隙传递、聚集或消失。 谋求烧结体的致密化。 在初期、中、后期、6、后期： Vp=Vb的情况下，必须严格控制a :温度。 b :在晶界产生少量液相，可以抑制粒生长。 原因：界面

3、迁移推动力降低，扩散距离增加。7、4、讨论：基底理论密度和实际密度有差异的原因是什么？ 晶粒的生长不是无限的吗？ (1)存在因素：气孔不能完全排除。 随着烧结的进行，t上升，气孔逐渐缩小，气孔内压增大，等于2/r时，烧结停止。 但是，温度持续上升，引起膨胀，不利于烧结。 措施：气氛烧结、真空烧结、热压烧结等。 (2) Zener理论，d-夹杂物或气孔的平均直径f-夹杂物或气孔的体积分率Dl-晶粒正常生长时的极限尺寸，原因：相遇概率小。 由于b，初期： f大，D0 Dl，所以晶粒在不生长中，后期： f下降，d变大，Dl变大。 到了D0 Dl，晶粒开始均匀生长。 一般来说，f=10%时，晶粒的生长

4、停止。 这也是因为一般烧结中坯料的终点密度比理论密度低。9、二次、二次再结晶、概念：正常的晶粒的生长被气孔等阻碍而停止的话，在均一基相中少数大的晶粒在界面能的作用下向邻接的小的晶粒的曲率中心前进，大的晶粒成为二次再结晶的核，晶粒迅速地生长。 推动力：大、小晶粒的表面能差异。 比较：10、晶粒异常生长的根源：起始粒子的大小； 控制温度(抑制晶界移动速度)加入少量起始粉体的粒度细且均匀的晶界移动抑制剂。 开始粒度不均匀，烧结温度高，烧结速度过快，成形压力不均匀，局部有不均匀的液相。 措施：11，4-4单相固溶体结晶的生长，在上述纯金属的凝固过程中成分没有变化，结晶生长只与液体中的温度梯度相关。 在

5、单相固溶体结晶的凝固过程中，有成分的变化(溶质的再分布) :液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化，均与母相液体的平均成分不同。 根据冷却条件的不同，液、固两相中溶质的再分布特征不同，引起界面前端的液体过冷度的变化，从而导致结晶生长形态的变化。 下文分四种情况分别进行研究。一、在平衡凝固、二元均匀晶合金中，在平衡凝固(无限慢冷却)时，液、固二相中溶质原子能够扩散，成分变得均匀. 可以根据平衡相图进行分析。 将、12、液、固相线简化为直线，将在任意温度下处于平衡的液固二相的溶质含量之比K0设为常数： Cs /CL=K0 K0设为平衡分配系数，Cs、CL分别设为固、液相的平衡成分. 刚开始凝固

6、，液相成分为C0，固相成分为K0C0。 在凝固即将结束之前，液相成分为C0 /K0，固相成分为C0 . T2温度下液固两相的相对论可以用杠杆定律计算。 在、13、14、二、固相中没有扩散，液相中溶质完全混合的凝固，在快速冷却的非平衡凝固下，溶质不能扩散到固相中，液相通过搅拌和对流完全混合，成分保持均匀。 这种非平衡凝固也被称为正常凝固。 研究了正常凝固时液固两相的成分变化和相对量的计算。 设有截面积a、长度l等截面凝固体。 一微体积AdZ凝固后，固相排出的溶质进入液相，微体积凝固前后的溶质质量为：凝固前、凝固后、微体积凝固后，溶质再分配到液固二相中。 为了凝固前后溶质的质量平衡，无视无限少量d

7、CLdZ，若解该微分方程式，16，固相体积成分为fs，液相体积成分为fL，则fs fL=1。 代入微分方程式的解，得到：这是有名的壳(Scheil )式，因为fL和fs分别在规定温度下是液固二相的体积分率，即相对量，也称为非平衡杆定律。17、三、固相没有扩散，液相没有扩散，没有对流的凝固，在急冷非平衡凝固条件下，液相没有搅拌、对流，仅通过扩散，在凝固过程中固相变多时排出的溶质原子不能均匀地分布在液相中，在界面上只能堆积在液相侧。 开始阶段：凝固开始时、液相成分C0、固相成分K0C0。 随着凝固过程的进行，液相成分出现不均匀：界面的局部平衡成分为CL，远离界面处的液相成分还为平均成分C0 . 稳

8、定生长阶段：当界面尖端液相成分达到C0 /K0，固相成分仍保持在K0C0时，形成固相排放的溶质质量等于界面的液相向远处液相的扩散量，达到了动态平衡。 18、在该稳定生长阶段的界面上液固二相的成分不变。 向固相对液相中(单位面积)排出溶质的量为：在界面向远离液相中的液相(单位面积)扩散的溶质量为：这是扩散第二定律式。 加号“-”表示x坐标的正方向是浓度降低的方向。 由于q1=q2，所以这个方程式的解为：在边界条件： x=0的情况下，CL=C0/K0； 在x=的情况下，CL=C0、19、可能：因此，在x=D/R的情况下，CL-C0=(C0/K0-C0)e-1。 D/R称为特征距离。 这是在泰勒等人

9、最初得到的固相中没有扩散，只在液相中扩散，没有对流和搅拌的条件下，结晶稳定生长阶段的界面前方液相中的溶质分布规律。 这是指数衰减曲线，随着x的增加迅速下降到C0，在界面前方形成了急速衰减的溶质浓缩边界层。 结束阶段：凝固的最终阶段，剩馀液相少，液相中的浓度梯度降低，扩散慢，界面溶质浓度变高，最后凝固的固相浓度也变高。20、4、固相没有扩散，只在液相中的界面附近扩散，其馀部分有对流的凝固。 这种情况处于上述2、3种不平衡凝固条件之间。 图中(CL)i和(Cs)i是界面处液相和固相的成分，(CL)B是凝固过程某一时刻的液相中溶质分布曲线。 CL和Cs分别是凝固过程中溶质在液相和固相中的分布曲线。 凝固开始后，溶质从前进的界面排出到边界层，溶质聚集。 在边界层溶质的浓度