材料科学基础第15讲 凝固2.ppt

凝固2 2016-11-14 本讲内容 1）第2章和第3章复习 2） 习题 3）专题讨论 金属中的相结构 1) 固溶体：置换固溶体及休姆-罗塞瑞规则，间隙固溶体及小原子溶解度，有序固溶体，固溶体性能，其他固溶体概念。 2) 金属间化合物：正常价化合物，电子浓度化合物（如CuZn, Cu5Zn8, CuZn3)，间隙化合物“（如Fe3C），金属间化合物的特性. 3) 重要金属间化合物：TiAl, Nb3Sn 。 陶瓷相和玻璃相 1）氧化铝 2） 硅酸盐陶瓷结构：Si-O四面体的岛状、链状、平面、立体联接。分子筛。 3） 玻璃相：玻璃的类型和成分。桥氧 和非桥氧。玻璃的通性（非晶，透明，高硬度，高脆性，各向同性，介稳性） 金属结晶的基本规律 1） 结晶过程可分为形核与长大两个过程。形核过程主要影响晶粒的大小，长大过程主要影响晶粒的形态。 2） 结晶过程需要过冷度。过冷度?T的定义。一般金属结晶的有效过冷度?Tp≈0.2Tm。 3) 结晶过程体积自由能变化?GB与过冷度?T关系： ?GB=Lm?T/Tm 4） 结晶过程需要结构起伏和能量起伏。 结构起伏指短程有序结构的形成和消散。常见的短程有序几何单元有四面体、八面体、十二面体、十四面体、十六面体。 能量起伏是指液态金属中局部地区能量的波动。 晶核的形成 1 均匀形核的临界形核半径、临界形核功和形核率。当形成球形核时： rk=2σ/?GB A=σS/3， 其中S=4πrk2 N=Cexp(-A/kT)exp(-Q/kT) 2 非均匀形核的形核功和形核率： ?G非A N非与过冷度、固体杂质（形核剂）的晶体结构及表面结构等因素有关。结构匹配度。 晶体的长大 1）晶体长大需要动态过冷度。 2）液-固界面的微观结构。无机材料晶体的微观结构一般是光滑界面，金属晶体的微观结构粗糙界面。 3）晶体长大的两种机制：垂直长大和横向长大。沿晶体缺陷台阶生长是主要的横向生长机制。 4）晶体长大形态有两种：具有粗糙界面结构的晶体在正温度梯度下是平面状生长，得等轴晶粒形态。具有粗糙界面结构的晶体在负温度梯度下呈树枝状生长，得枝晶形态。 5）晶粒度 特殊凝固技术 1 细晶铸造技术 2 单晶制备技术 3 定向凝固技术 4 非晶凝固技术 5 微晶或纳晶凝固技术 习题 见书111,112页。 讨论题 1）如何实现细晶铸造？ 2）如何实现单晶铸造？ 3）如何实现非晶铸造？ 4）为何会有枝晶？