成分过冷简介.pptx

成分过冷;1.溶质富集引起界面前液体凝固温度（液相线温度）变化;合金原始成分C0，平衡结晶温度T0，液相线斜率m;液相中只有扩散时：;2、成分过冷的形成——内因＋外因（冷却速度）;成分过冷的条件：;影响成分过冷区宽度和过冷度大小的因素：

工艺因素：G,v

合金本身的因素：DL,m,k0,C0

;成分过冷”条件和判据;液相中只有有限扩散时形成“成分过冷”的判据

液相部分混合时形成“成分过冷”的判据;由判据可见，下列条件有助于形成“成分过冷”：

液相中温度梯度小（GL小）；

晶体生长速度快，R大；

mL大，即陡的液相线斜率；

原始成分浓度高，C0大；

液相中溶质扩散系数DL低；

K0＜1时，K0小；K0＞1时，K0大;“成分过冷”的过冷度;3、成分过冷的本质;二、“成分过冷”对合金固溶体

晶体形貌的影响规律;合金固溶体凝固时的晶体生长形态

a)不同的成分过冷情况

b)无成分过冷平面晶

C)窄成分过冷区间胞状晶

d)成分过冷区间较宽柱状树枝晶

e)宽成分过冷内部等轴晶;纯金属在正温度梯度下,为平面生长方式,在负温度梯度下为枝晶生长方式.

对合金,在正温度梯度下且无成分过冷时，同纯金属一样，界面为平界面形态；在负温度梯度下，也与纯金属一样,为树枝状。但合金的树枝状生长还与溶质再分配有关。

但合金在正的温度梯度时，合金晶体的生长方式还会由于溶质再分配而产生多样性：当稍有成分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增大（即温度梯度的减小），晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状枝晶和自由树枝晶（等轴枝晶）。;1、无成分过冷的平面生长;稳定界面的推进速率即晶体的生长速率v可由界面上热平衡方程导出：

所以：

式中λS，λL—固、液两相的导热系数；

ρ，L—合金的密度和结晶潜热。

;2、窄成分过冷区的胞状生长;溶质富集降低了凹陷区熔体的过冷度，从而抑制凸起晶体的横向生长。凸起晶体前端的生长受成分过冷区宽度的限制，不能自由地向前伸展。

当由于溶质的富集，而使界面各处的液相成分达到相应温度??的平衡温度时，界面形态趋于稳定。

在窄成分过冷区的作用下，不稳定的宏观平坦界面就转变成一种稳定的、由许多近似于旋转抛物面的凸出圆胞和网络状凹陷的沟槽所构成的新的界面形态，这种形态称为胞状晶。以胞状向前推进的生长方式，称为胞状晶生长方式。

;3、较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长;胞状生长向枝晶生长的转变;较宽成分过冷作用下的枝晶生长;4、宽成分过冷区的自由树枝晶生长;树枝晶形态：在液体内部自由形核生长，从自由能的角度看应该是球体。但为什么又成为树枝晶的形态呢？

在近平衡状态下,多面体的棱角前沿液相中的溶质浓度梯度较大,其扩散速度较快；而大平面前沿液相中溶质梯度较小,其扩散速度较慢；这样棱角处晶体长大速度大,平面处较小,近于球形的多面体逐渐长成星形,从星形再生出分枝而成树枝状。;5、树枝晶的生长方向和枝晶间距;（2）枝晶间距取决于潜热的散热条件，即冷却速度;C0、GL/R对单相合金晶体形貌的影响