金属凝固学作业解析.ppt

* Al-0.1%Cu平面方式生长，金相照片×100，试样纵断面 （1979年定向凝固， ） 金属凝固学 * 二、胞状生长 ● ，界面前 沿存在一个很窄的成分过冷 大于 的区域。 ● 界面上长出突出界面距离很小 （0.01~0.1cm）的晶体，其侧 面无法生长，而形成胞状晶。 金属凝固学 * Al-0.1%Cu胞状生长金相照片，×100，纵断面 （1979年定向凝固， ） 金属凝固学 * 三、柱状树枝晶枝晶生长 ● ，界面前沿存在 一个较宽的成分过冷大于 的区域 ● 界面上长出的晶体伸向液体内部，长出较长的一次分支，其晶体的侧面存在着过冷，长出二次分支，甚至三次分支，形成垂直于界面向一个方向生长的柱状树枝晶。 柱状树枝晶生长 金属凝固学 * 四、枝晶间距 枝晶间距：指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是树枝晶组织细化程度的表征。实际中，枝晶间距采用金相法测得统计平均值，通常采用的有一次枝晶（柱状晶主干）间距d1（AS）、和二次分枝间距 d2 （DAS）两种。 材料性能好 热裂纹倾向小 且分散 显微缩松、夹杂物细小 成分趋于均匀化 细晶强化效果显著 枝晶间距小 金属凝固学 * Al-0.1%Cu柱状树枝晶生长金相照片，×100，试样横断面 （1979年定向凝固， ） 金属凝固学 * 五、自由树枝晶生长 ● ，界面前沿存 在一个很宽的成分过冷大于 的区域，且成分过冷的过冷度大 于异质形核的过冷度 。 ● 在垂直于界面生长的柱状树枝晶的 前方液体中，独立进行生核和生长 而形成方向各异的自由树枝晶（等 轴晶）。 自由树枝晶生长 金属凝固学 * 等轴枝晶的存在阻止了柱状晶区 的单向延伸，此后的结晶过程便是等轴晶区不断向液体内部推进的过程。 ● ● （柱状、自由）树枝晶生长后的 结果： —产生微观偏析 —产生缩松 —热裂倾向大 自由树枝晶生长示意图 金属凝固学 * 平面生长——胞状生长——树枝晶生长演变过程 动态演变过程 由大逐渐减小，即随“成分过冷”程度增大，固溶体生长方式： → 平面晶 → 胞状晶 →胞状树枝晶(柱状树枝晶) →内部等轴晶(自由树枝晶) 金属凝固学 * Al-0.1%Cu合金定向凝固金相照片演变图 金属凝固学 金属凝固学 金属凝固学 第七章 晶体生长界面稳定性 §7.1 固液界面前沿的成分过冷 §7.2 固液界面稳定性理论 §7.3固液界面形态变化的判据 * §7-1 成分过冷 一、成分过冷形成的条件及判据 二、影响成分过冷的因素 三、成分过冷的本质 金属凝固学 * 一、成分过冷形成的条件及判据 1.形成条件 ● 界面前沿形成溶质富集层 合金凝固过程中，固-液界面前沿总存在一个溶质富集区 （液相只有扩 散时， 最大，对流搅拌越强烈， 越小），液相中溶质的分配规律为Cx。 ● 凝固温度随溶质浓度降低而升高 以K01合金，液相中只有扩散为例（见下图）。设液相线斜率为mL,成分 为Cx时的液相线温度（即凝固温度）为Tx，由状态图有： 金属凝固学 * 将 代入上式得： 当 界面处 得到Tx线的分布见右下图： 金属凝固学 * 界面前沿存在正温度梯度（实际温度梯度）GL0，在界 面前沿X0范围内，液体处于过冷状态，于是就形成了成分过冷。成分过冷区为上图中阴影部分。 成分过冷——合金晶体在长大过程中，因溶质再分配而引起的温度差，称为成分过冷。其温度差称为成分过冷的过冷度。 热过冷——金属凝固过程中，纯粹由热扩散控制形成的温度差，称为热过冷，其温度差称为热过冷的过冷度。前面讲的ΔT*，ΔT**，ΔTk 均属于此 金属凝固学 * 金属凝固学 2 成分过冷的判