液態(tài)金屬的結(jié)晶過程和結(jié)晶組織(存儲(chǔ)版)
【正文】 因此需要 較大的 動(dòng) 力學(xué) 過 冷度來 驅(qū)動(dòng) ，其 動(dòng) 力學(xué) 過 冷度 ΔTk臨界 值為 1～ 2K，是 連續(xù) 生 長(zhǎng)動(dòng) 力學(xué) 過 冷度的一百余倍。晶體的生長(zhǎng)－從缺陷處生長(zhǎng)機(jī)理 由于靠近位 錯(cuò)處 的臺(tái) 階 只需堆砌少量的原子就能旋 轉(zhuǎn) 一周，而離位 錯(cuò)較遠(yuǎn)處則 需堆砌 較 多的原子才能旋 轉(zhuǎn) 一周，故生 長(zhǎng)的 結(jié) 果將在晶體表面上形成螺旋型的蜷 線 ， 這 就是螺旋位 錯(cuò) 生長(zhǎng) 機(jī)理。一般而言，液相原子比 較 容易向排列松散的晶面上堆砌，因而在相同的 過 冷度下，松散面的生 長(zhǎng) 速度比密排面的生 長(zhǎng) 速度大。 這樣 ，從生核開始直到凝固 結(jié) 束，在整個(gè) 結(jié) 晶 過程中，固、液兩相內(nèi)部將不斷 進(jìn) 行著溶 質(zhì) 元素重新分布的過 程。故 擴(kuò) 散 進(jìn) 程 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 落后于凝固 進(jìn) 程，因此平衡 結(jié) 晶極 難實(shí)現(xiàn) ， 實(shí)際結(jié) 晶過 程都是非平衡 結(jié) 晶。 實(shí)際 上液相既不可能達(dá)到完全均勻的混合，同 時(shí) 也必然存在著流 動(dòng)傳質(zhì) 。 上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai University 可見只有當(dāng)界面液相一側(cè)形成負(fù)溫度梯度時(shí)，才能在純金屬晶體界面前方熔體內(nèi)獲得過冷（圖 3－ 16）。Bridgeman 三月 21三月 21Tuesday, March 30, 2023雨中黃葉 樹 ，燈下白 頭 人。 12:25:59 上午 12:25 上午 00:25:59三月 21沒有失 敗 ，只有 暫時(shí) 停止成功！。 2023/3/30 0:25:5900:25:5930 March 20231空山新雨后，天氣晚來秋。 30 三月 202312:25:59 上午 00:25:59三月 211最具挑 戰(zhàn) 性的挑 戰(zhàn) 莫 過 于提升自我。 勝 人者有力，自 勝 者 強(qiáng) 。 30 三月 202312:25:59 上午 00:25:59三月 211楚塞三湘接， 荊門 九派通。 三月 2112:25 上午 三月 2100:25March 30, 20231行 動(dòng) 出成果，工作出 財(cái) 富。上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai University謝謝大家！上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai University課后思考題（ 1）怎樣從液固相變的角度理解金屬結(jié)晶過程中的形核和長(zhǎng)大機(jī)制？（ 2）試述均質(zhì)形核和非均質(zhì)形核的區(qū)別和聯(lián)系，并分別從臨界晶核曲率半徑、形核功兩個(gè)方面闡述外來襯底的潤(rùn)濕能力對(duì)臨界形核過冷度的影響。這個(gè)過冷度是由于液相中的成分變化而引起的，所以稱之為成分過冷。其溶 質(zhì) 再分配特點(diǎn)如（ 圖 315b）所示。 （ 2）固相無擴(kuò)散，液相有限擴(kuò)散非平衡結(jié)晶上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai University 這是在固相無擴(kuò)散，液相只有有限擴(kuò)散而無對(duì)流和攪拌的條件下，穩(wěn)定生長(zhǎng)階段界面前方液相中的溶質(zhì)濃度分布規(guī)律，是一條指數(shù)衰減曲線。在 結(jié) 晶 終 期即 T = T2時(shí) ，CS *≈C0， CL* ≈C0 /k0。因此 結(jié) 晶 過 程必然要 導(dǎo) 致界面 處 固、液兩相成分的分離。由于不同晶面族上原子密度和晶面 間 距的不同，故液相原子向上堆砌的能力也各不相同。 晶體的生長(zhǎng)－從缺陷處生長(zhǎng)機(jī)理上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai University 當(dāng)生 長(zhǎng) 著的平整界面上存在有螺旋位 錯(cuò) 露 頭時(shí) ，界面就不再是 簡(jiǎn)單 的平面，而是一個(gè)螺旋面，而且必然存在有臺(tái) 階 。當(dāng) 長(zhǎng)滿 一 層 后，界面就前 進(jìn) 了一個(gè)晶面距。 進(jìn) 入臺(tái) 階 的原子、由于受到 較 多固相近 鄰 原子的作用，因此比 較穩(wěn) 定，不易脫落或 彈 回。 平整界面 (smooth interface)（小平面界面）：界面固相一 側(cè) 的點(diǎn) 陣 幾乎全部被固相原子占據(jù)，只留下少數(shù)空位；或在充 滿 固相原子的界面上存在少數(shù)不 穩(wěn) 定的、孤立的固相原子，從而從整體上看是平整光滑的（ 圖 37b）。 一種好的生核 劑 (nucleant)首先 應(yīng) 能保 證結(jié) 晶相在 襯底物 質(zhì) 上形成盡可能小的 潤(rùn) 濕角 θ ，其次生核 劑還應(yīng)該 在液 態(tài) 金屬中盡可能地保持 穩(wěn) 定，并且具有最大的表面 積 和最佳的表面特性。 這 就是 說 ，當(dāng) 結(jié) 晶相不 潤(rùn) 濕 襯 底 時(shí) ， 襯 底不起促 進(jìn) 生核作用，液 態(tài) 金屬只能進(jìn) 行均 質(zhì) 生核，生核所需的 臨 界 過 冷度 (supercooling)最大。上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai University 為 克服均 質(zhì) 生核 過 程中的高能量障礙，所需的 過 冷度是很大的。1）過冷液體中存在相起伏，以提供固相晶核的晶胚。而克服勢(shì)壘的能量是金屬原子通過金屬內(nèi)部溫度起伏，即 能量起伏 來實(shí)現(xiàn)的。216。式中 Gv=HTS=E+pVTS根據(jù) 單相合金的結(jié)晶v第三節(jié) v液態(tài)金屬的結(jié)晶過程決定著鑄件凝固后的結(jié)晶組織，并對(duì)隨后冷卻過程中的相變、過飽和相的析出及鑄件的熱處理過程產(chǎn)生極大的影響。SLGLGS上大冶金 先進(jìn)凝固技術(shù)中心 Shanghai Universityv當(dāng) T=T0時(shí)， GL=GS，固液兩相處
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