[材料科学]材料科学基础PDF课件合集6-10章共10章.pdf

第六章 单元组相图 及纯晶体的凝固 2013年2月17 日星期 日1时12分48秒 1 本章要求掌握的内容 应掌握的内容: 1.纯金属凝固的过程和现象 2.结晶的热力学、动力学、能量和结构条件 3.过冷度对结晶过程和结晶组织的影响；过冷度、 临界过冷度、有效过冷度、动态过冷度之间的区别。 4.几个重要概念：过冷度，临界晶核半径，临界形 核功，形核率，均匀形核，非均匀形核。 5.液— 固界面的结构及温度梯度，晶体生长形态、 生长条件和长大机制。 了解： 1.凝固理论的主要应用 2.控制结晶组织的措施 2013年2月17 日星期 日1时12分48秒 2 概 述（基本概念） 单组元晶体(纯晶体)：由一种化合物或金 属组成的晶体。该体系称为单元系（one component system）。 从一种相转变为另一种相的过程称为相变 （phase transformation）。若转变前后均为 固 相 ， 则 成 为 固 态 相 变 （ solid phase transformation ）。 从液相转变为固相的过程称为 凝固 (solidification)。若凝固后的产物为晶体称 为结晶(crystallization)。 金属转变过程为：汽态←→液态←→固态 2013年2月17 日星期 日1时12分48秒 3 组元（component）：组成合金的最基本、独立 的物质。可以是单一元素(如Fe、Mg等)也可以是稳 定的化合物（如Fe3C）。 相图(phase diagram)：表示合金系中合金的状 态与温度、成分之间的关系的图形，又称为平衡图 或状态图。 单组元相图(single phase diagram)是表示在热 力学平衡条件下所存在的相与温度，压力之间的对 应关系的图形。 合金系（alloy system）：由给定的组元可以以 不同比例配制成一系列成分不同的合金，这一系列 合金就构成一个合金系统。二（ 三、多）元系。 相（phase）：合金中结构相同、成分和性能均 一并以界面分开的组成部分。单（双、多）相合金 2013年2月17 日星期 日1时12分48秒 4 6.1 单元系相变 的热力学及相平衡 2013年2月17 日星期 日1时12分48秒 5 6.1.1 相平衡条件和相律 1. 相平衡的条件 通过一些数学推导和系统平衡条件 dG=0可得：处于平衡状态下的多相(P个相) 体系中，每个组元(共有C个组元)在各项 中的化学势（chemical potential）都彼 此相等。 相平衡(phase equilibrium)是一种动 态平衡。 2013年2月17 日星期 日1时12分48秒 6 2.相律 相律(phase rule)是表示在平衡条件下，系统 的自由度数、组元数和相数之间的关系，是系统的 平衡条件的数学表达式。