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1、1 第三章第三章 凝固凝固 熔化 2 第三章第三章 凝固凝固 炼钢 浇注 炼铜4h 3 第三章第三章 凝固凝固 l凝固：物质从液态到固态的转变过程。 若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶 。 l凝固过程影响后续工艺性能、使用性能 和寿命。 l凝固是相变过程，可为其它相变的研究 提供基础。 l 4 第一节第一节 材料结晶的基本规律材料结晶的基本规律 第 三 章 第 一 节 结 晶 规 律 1. 结晶过程 （微观现象） （1）结晶的基本过程：形核长大。（见示意图） （2）描述结晶进程的两个参数 形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。 长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方
2、向上单位时间 内迁移的距离。用G表示。 5 第 三 章 第 一 节 结 晶 规 律 2 .（纯金属）结晶的宏观现象 （1）过冷supercooling 液态材料在理论结晶温度以下仍保持液态的现象。 （2）过冷度 液体材料的理论结晶温度(Tm) 与其实际温度之差。 T=Tm-T (见冷却曲线) 注：过冷是凝固的必要条件(凝固过程总是在一定的过冷度下进行) 。 6 第二节第二节 材料结晶的基本条件材料结晶的基本条件 第 三 章 第 二 节 结 晶 条 件 1 热力学条件 （1）G-T曲线（图34） a 是下降曲线：由G-T函数的一次导数（负）确定。 b 是上凸曲线：由二次导数（负）确定。 c 液相
3、曲线斜率大于固相： 由一次导数大小确定。 二曲线相交于一点，即材料的熔点。 7 第二节第二节 材料结晶的基本条件材料结晶的基本条件 1 热力学条件 （2）热力学条件 a T0, GB0时, , 杂质促进形核； c=180时， ， 杂质不起作用。 16 第三节第三节 晶核的形成晶核的形成 第 三 章 第 二 节 结 晶 条 件 2 非均匀形核 （4）影响非均匀形核的因素 a 过冷度：（N-T曲线有一下降过程）。（图316） b 外来物质表面结构：越小越有利。点阵匹配原理：结构相似 ， 点阵常数相近。 c 外来物质表面形貌：表面下凹有利。（图317） 17 第四节第四节 晶核的长大晶核的长大 第
4、三 章 第 四 节 晶 核 长 大 1 晶核长大的条件 （1）动态过冷 动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。（是材料凝固的必要条 件） （2）足够的温度 （3）合适的晶核表面结构 18 第四节第四节 晶核的长大晶核的长大 第 三 章 第 四 节 晶 核 长 大 2 液固界面微结构与晶体长大机制 粗糙界面（微观粗糙、宏观平整金属或合金材料的界面）： 垂直长大。 光滑界面（微观光滑、宏观粗糙无机化合物或亚金属材料的 界面）：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。 19 第四节第四节 晶核的长大晶核的长大 第 三 章 第 四 节 晶 核 长 大 2 液固界面微结构与晶体长大机制 粗糙界面（微观粗糙
5、、宏观平整金属或合金从来可的界面）：垂 直长大。 光滑界面（微观光滑、宏观粗糙无机化合物或亚金属材料的界面 ）：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。 20 第四节第四节 晶核的长大晶核的长大 第 三 章 第 四 节 晶 核 长 大 3 液体中温度梯度与晶体的长大形态 （1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高） 粗糙界面：平面状。 光滑界面：台阶状（小平面状）。 21 第四节第四节 晶核的长大晶核的长大 第 三 章 第 四 节 晶 核 长 大 3 液体中温度梯度与晶体的长大形态 （2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。 光滑界面：树枝状多面体台阶状。 22
6、 第六节第六节 凝固理论的应用凝固理论的应用 第 三 章 第 六 节 凝 固 的 应 用 1 材料铸态晶粒度的控制 Zv=0.9(N/G)3/4 （1）提高过冷度。降低浇铸温度，提高散热导热能力，适用于小 件。 （2）化学变质处理。促进异质形核，阻碍晶粒长大。 （3）振动和搅拌。输入能量提高形核率；破碎枝晶增加核心。 23 第六节第六节 凝固理论的应用凝固理论的应用 第 三 章 第 六 节 凝 固 的 应 用 2 单晶体的制备 （1）基本原理：保证一个晶核形成并长大。 （2）制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。 24 第六节第六节 凝固理论的应用凝固理论的应用 第 三 章 第 六 节 凝 固 的 应 用 3 定向凝固技术 （1）原理：单一方向散热获得柱状晶。 （2）制备方法。 25 第六节第六节 凝固理论的应用凝固理论的应用 第 三 章 第 六 节 凝 固 的 应 用 4 急冷凝固技术 （1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。 （3）准晶合金。
