材料科學(xué)基礎(chǔ)之材料的凝固-文庫吧
2024-12-21 21:10 本頁面
【正文】 體全部耗盡為止。材料的凝固過程包括晶核的形成和晶核生長兩個(gè)基本過程。顯然，每個(gè)晶核生長至互相接觸后，將形成外形不規(guī)則的小晶體，叫做晶粒。晶粒之間的分界面為晶粒的邊界，簡(jiǎn)稱晶界。一般條件下，凝固后的材料都是由許多晶粒組成的多晶體，由于各個(gè)晶核形成的位置和取向是隨機(jī)且均勻分布的，因此凝固后各晶粒的尺寸和取向也為隨機(jī)均勻分布，它將抵消各個(gè)晶粒的各向異性，而呈現(xiàn) “偽各向同性 ”。純金屬的結(jié)晶過程 液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是一個(gè)形核及核長大的過程。當(dāng)液態(tài)金屬冷卻至熔點(diǎn)以下，經(jīng)過一定時(shí)間的孕育，就會(huì)涌現(xiàn)一批小晶核，隨后這些晶核按原子規(guī)則排列的各自取向長大，與此同時(shí)又有另一批小晶核生成和長大，直至液體全部耗盡為止。 每個(gè)晶核長大至相互接觸后，形成外形不規(guī)則的小晶體叫做晶粒，由多個(gè)這樣的小晶粒則組成了多晶體。晶粒之間的界面即為晶界。其中由一個(gè)小晶核生成的晶粒稱為單晶體。第三節(jié) 晶核的形成形核方式有兩種：一種是均勻形核，即新相晶核在母相內(nèi)自發(fā)地形成；另一種是非均勻形核，即新相晶核在母相與外來夾雜的相界面處優(yōu)先形成。工程實(shí)際中材料的凝固主要以非均勻形核方式進(jìn)行，但均勻形核的基本規(guī)律十分重要，它不僅是研究晶體材料凝固問題的理論基礎(chǔ)，而且也是研究固態(tài)相變的基礎(chǔ)。均勻形核 均勻形核（均質(zhì)形核）是 固相晶核在液相內(nèi)部結(jié)構(gòu)起伏的基礎(chǔ)上自發(fā)地形成，即晶核由液相中的一些短程有序原子集團(tuán)或晶胚直接形成，均勻形核亦稱為均質(zhì)形核； 在過冷的液態(tài)金屬中，晶胚形成的同時(shí)，體系自由能的變化包括轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的那部分體積引起的自由能下降和形成晶胚新表面引起的自由能的增加。假設(shè)單位體積自由能的下降為 Δ Gv(Δ Gv0) ，比表面能為 σ ，晶胚假設(shè)為球體，其半徑為 r ,則晶胚形成時(shí)體系自由能的變化為 : Δ G= 4π r3Δ Gv/3+4π r2σ 關(guān)系曲線如圖所示 .當(dāng) rrc時(shí)，晶胚的長大使系統(tǒng)自由能增加，晶胚不能長大。當(dāng) rrc時(shí)，晶胚的長大使系統(tǒng)自由能降低，這樣的晶胚稱為 臨界晶核 ， rc為臨界晶核半徑 ?？梢?，過冷度 ΔT越大， rc越小，即形核的機(jī)率增加。形成臨界晶核需要的能量稱為臨界晶核形核功 ΔGc,即上式表明，形成臨界晶核時(shí)液、固相之間的自由能差只能供給所需要的表面能的三分之二，另外的三分之一則需由液體中的能量起伏來提供。第三節(jié) 晶核的形成 第三章第二節(jié)結(jié)晶條件2非均勻形核（ 1）模型：外來物質(zhì)為一平面，固相晶胚為一球冠。（ 2）自由能變化：表達(dá)式與均勻形核類似。169。2023Brooks/Cole,adivisionofThomsonLearning,Inc.ThomsonLearning?isatrademarkusedhereinunderlicense.第三節(jié) 晶核的形成 2非均勻形核（ 3）臨界形核功計(jì)算時(shí)利用球冠體積、表面積表達(dá)式，結(jié)合平衡關(guān)系1
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