[理学]材料科学基础--第六章.ppt

Introduction to Material Science 第六章 合金的凝固和铸件的组织 第一节 合金凝固时溶质原子的分布 1.平衡分配系数 1-1. 定义 （Ti温度时） 式中，CS— 固相（S）浓度；CL— 液相（L）浓度。 ( 注：如果认为相图中液相线和固相线均为直线，则K0为常数。） ＝常数 ① K01； ② K01 1.平衡分配系数 2. 溶质在液相中的混合与分布 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 3. 合金凝固后溶质分布的数学表达式(续) 4. 区域熔炼和提纯 第二节 合金凝固过程中的成分过冷 1. 成分过冷的形成 2.产生成分过冷的临界条件及其影响因素 2.产生成分过冷的临界条件及其影响因素 2.产生成分过冷的临界条件及其影响因素 3. 成分过冷对晶体生长形貌的影响 3. 成分过冷对晶体生长形貌的影响 3. 成分过冷对晶体生长形貌的影响 3. 成分过冷对晶体生长形貌的影响 3. 成分过冷对晶体生长形貌的影响 第三节 合金铸锭的组织 1. 铸锭的典型组织 铸锭的组织从外至内分为以下三种： 表面的细晶粒区； 柱状晶区； 中心的等轴晶区； 2. 铸造缺陷 2. 铸造缺陷(续) 2. 铸造缺陷(续) 2. 铸造缺陷(续) 2. 铸造缺陷(续) 2. 铸造缺陷(续) 2. 铸造缺陷(续) Material 2-1.2 显微偏析 ①定义 显微偏析是指一个晶粒内部的成分不均匀，显微偏析可以通过均匀化退火消除或减轻。 Definition ②分类 根据一个晶粒内部的成分不均匀情况，显微偏析可以划分为以下三类： 枝晶偏析； 晶界偏析； 胞状偏析； Material 2-1.2 显微偏析（续） ?枝晶偏析（晶内偏析） 树枝晶的主干与枝晶间隙之间的成分不均匀。 ?胞状偏析 胞壁与胞心的成分不均匀。 ?晶界偏析 晶界与晶内成分不均匀。 Introduction to Materials Science Materials Science 基本内容 平衡分配系数 溶质在液相中的混合与分布 合金凝固后溶质分布的数学表达式 区域熔炼与提纯 Guidelines K0的大小反映了溶质原子重新分配的能力。 将相图中的固相线和液相线认为直线。 2-1 平衡结晶条件下 平衡结晶是指溶质在固液相能充分扩散，各处成分均匀一致。 例如：C0成分的合金棒，单向凝固。 2-2 不平衡结晶条件下 不平衡结晶包含如下的情况： 液相内溶质完全混合（在缓慢结晶条件下）； 液相中溶质部分混合（在较快的结晶条件下）； 液相内溶质很少或无混合（在很快的结晶条件下）； C0 合金凝固后的溶质分布曲线（K01）； Material Material Material 3-1 有效分配系数（Ke) ①定义： 有效分配系数的表达式为： 其中: (Cs)i —— 界面处的固相浓度； （CL)B ——边界层外液相的平均浓度； ② Ke与K0 的关系： 式中：Ke——有效分配系数；K0——平均分配系数； R——凝固速度；D——边界层中溶质的扩散系数； δ——边界层厚度； ③讨论： ? R很大时（溶质完全不混合），e-R?/D?0，则Ke=1，(CS)i=(CL)B=C0； ? R很小时（溶质完全混合），e-R?/D?1，则Ke=K0，(CS)i=K0(CL)B； ? R较大时（溶质部分混合），K0Ke1。 Material 3-2 凝固方程 在探讨凝固方程时，我们假设K0为常数，忽略固相中的扩散，L/S 界面平直移动，液相和固相密度相同。 我们分三种情况进行讨论： 溶质充分凝固； 溶质部分混合； 溶质很少或无混合； 1)溶质充分混合 Lessons 式中，K0－平衡分配系数； C0—原合金成分； l— 合金棒长； Z— 已结晶部分的长度。 左图所示的是固相无扩散，液相完全混合的非均匀凝固过程示意图。 在固相不扩散，液相完全混合的情况下，当固相增加dx