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3、凝固原理
3、凝固原理
北 京
2008
主要内容
3.1凝固热力学条件
3.2 凝固温区与相变潜热
3.3 单相合金凝固
3.3.1 凝固过程溶质再分配
3.3.2 成分过冷
3.3.3 显微偏析
3.4 共晶凝固
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3.1 凝固的热力学条件
当放出热量时,液态金属转变为固体。
根据热力学的基本,过程能自发地从自由能高的状态向较
低的状态进行。金属在液-固平衡温度T 时,
f
液体向固态转变体积自由能的变化,
焓的变化 或称结晶潜热,
熵的变化
则:
在结晶温度T=T 时,固液相平衡, ,则:
f
3
当温度为T时, ,则:
ΔGV L f (Tf −T ) Tf
液体温度高于凝固温度, 为正值;低于
凝固温度, 为负值。
称为过冷度。过冷度越大,系统
的结晶潜热越容易放出,就越容易结晶。这
是结晶的热力学条件。
4
3.2 凝固温区与相变潜热
纯金属的熔点,在低于熔点时,发生金属的凝
固;
合金存在着液相线、固相线温度,低于液相线温
度时,合金发生凝固,液相中有固相析出,当
温度低于固相线时,液相完全转化为固相。
两相区(低于液相线温度,高于固相线温度的区
域),固相率为0.67,表现为不流动区。
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3.2 凝固温区与相变潜热
过热:从合金某一温度降到液相线所放出的热量;
潜热:液相线到固相线之间放出的热量;
显热:从固相线冷却到室温;
凝固有单向合金凝固,多组员合金凝固等,凝固是由液
态向固态转变的过程,在这个过程中,要放出大量的热
量,这一热量称为凝固潜热。
相变潜热是指相变过程放出或吸收的热量(热焓的变
化)。
熔化潜热=凝固潜热
6
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3.3 单相合金凝固
合金在凝固过程中只析出唯一的相,称作单相合金。
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3.3.1 溶质再分配
• 合金的凝固分两种情况:
• 平衡凝固
• 非平衡凝固
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3.3.1 溶质再分配
概念之一:分配系数
• 从合金溶液形成晶体,其局部界面处于平衡。
• 对于A溶质: Al = AS
• 对于B溶剂: B = B
l S
• 假设金属处于局部平衡状态,则生长面上
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