金属学及热处理第二章.doc

第二章 关于均匀形核和非均匀形核的知识点没总结，到时候抄在最后面 金属由液态转变成固态的过程称为凝固，由于凝固后的固态金属通常是晶体，所以称为结晶 金属的理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度 过冷度越大，实际结晶温度越低 过冷度随金属的本性和纯度的不同，以及冷却速度的差异可以在很大范围内变化，金属不同则过冷度大小也不同。金属的纯度越高，则过冷度越大。 过冷度大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，则过冷度越大，则实际结晶温度越低。反之冷却速度越慢，则过冷度越小，实际结晶温度越接近理论结晶温度 相变潜热：1mol物质从一个相转变为另一个相，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热 熔化潜热：金属熔化时从固相转变为液相吸收的热量 结晶潜热：结晶时从液相转变成固相放出的热量 当液态金属的温度达到结晶温度时，由于结晶潜热的释放，补偿了散失到周围环境的热量，所以再冷却曲线上出现了平台，平台延续的时间就是结晶过程所需要的是时间 结晶过程是形核与张大的过程 结晶的驱动力：液相金属与固相金属的自由能之差 阻力是新旧两相之间的界面能 相变：在均匀一相或几个混合相内，出现具有不同成分或不同结构（包括原子、离子或电子的位置或位向）或不同组织形态或不同性质的相，称为相变。 结晶能否发生取决于固相的只有能是否低于液相的自由能 熵：表示系统中原子排列混乱程度的参数 要获得结晶过程所需的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越大，固液两相的自由能差越大，则相变驱动力越大，结晶速度便越快 短程有序：在液态中的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的原子集团，但在大范围内原子是无序分布的 长程有序：晶体中大范围的原子是呈有序排列的 结构起伏：这种不断变化着的短程有序原子集团 只有在过冷液体中出现的尺寸较大的相起伏才有可能在结晶时转变成晶核。这些相起伏就是晶核的胚芽，称为晶胚 总之液态金属的一个重要特点是存在着相起伏，只有在过冷液体中的相起伏才能成为晶胚。 每个成长的晶体就是一个晶粒，它们的接触分界面就形成晶界。 母相中形成等于或超过一定临界尺寸的新相晶核的过程称为形核 均匀行核（自发形核）：液相中各个区域出现新相晶核的几率都是相同的 非均匀形核（非自发形核）：新相优先出现于液相中的某些区域 前者是指液态金属绝对纯净，无任何杂质，也不和型壁接触，只是依靠液态金属的液态金属的能量变化，由晶胚直接生核的过程。而在实际金属中或多或少含有某些杂质，因此晶胚常常依附于这些固态杂质质点。 单位时间在单位体积液体内形成晶核的数目称为形核率 形核率高意味着单位体积内晶核数目多，结晶结束后可以获得细小晶粒的材料，这种金属不但强度高，塑性好，韧性也好 形核率受两方面的控制：一方面是随着过冷度的增加，临界晶核半径和形核功都随之减小，结晶使晶核易于形成，形核率增加。另一方面，无论是临界晶核的形成，还是临界晶核的长大，都必须伴随着液态原子向晶核的扩散迁移，没有液态原子向晶核上的迁移，临界晶核就不可能形成，即使形成了也不可能长大为稳定晶核，但增加液态金属的过冷度势必会降低原子的扩散能力，结果给形核照成困难，使形核率减小，这一相对矛盾的因素决定了形核率的大小 非均匀形核形核率的影响因素 非均匀形核的形核率与均匀形核的形核率相似，除了过冷度和温度的影响外，还受固态杂质的结构，数量，形貌及其他因素的影响 过冷度的影响 由于非均匀所需的形核功很小，因此在较小过冷度条件下，当均匀形核还微不足道时，非均匀形核就开始了。由于非均匀形核取决于适当的夹杂物质点的存在，因此其形核率可能出现最大值，并在大的过冷度下中止。这是因为在非均匀形核时，晶核在夹杂物底面上的分布，逐渐使那些有利于新晶核形成的表面减少。当可被利用的形核基底全部被晶核所覆盖，非均匀形核也就中止了 2.固态杂质结构的影响 非均匀形核的形核功与接触角有关，接触角越小，形核功越小，形核率越大 非均匀形核使临界晶核的形核功减小，但晶核的临界半径没有变。 非均匀形核的晶核形成功主要取决于? 称接触角(contact angel)或浸润角(wetting angle)，? 越小对形核越有利。 ?大小的因素影响： cos? ＝ (?L/B－?S/B)/ ?L/S L/B越小，并且?S/B越接近?L/S，cos? 越接近l，? 角就越小 基底与晶核的晶体结构、原子间距等越相近，其界面能越小 3.固态杂质形貌的影响 在曲率半径，接触角相同的情况下，晶核体积随界面曲率的不同而改变。凹曲面的形核效能最高，因为在较小的晶胚便可达到临界晶核半径，平面居中，凸曲面效能最低。由此可见在凹曲面所需的过冷度最小 4过热度的影响 过热度是指液态金属温度和金属熔点之差。 当过热度不大时，可能不使现成质点的表面状态有所改变，对非均匀形核没有影