單相合金的凝固ppt課件(編輯修改稿)
2025-05-30 18:11 本頁面
【文章內容簡介】 界面是不穩(wěn)定的，結晶形貌為枝晶形式。 合金的晶體長大除了受傳熱的影響外，更主要的是受傳質的影響。對于 k01的合金，晶體生長達到穩(wěn)定態(tài)之后，在晶體前沿的液相內將形成穩(wěn)定的溶質富集層，該區(qū)內的液相是穩(wěn)定的從而就存在著使固液界面擾動得以發(fā)展的驅動力。 圖 417顯示了合金單相凝固時的兩種情況。 a為液相內的實際溫度梯度 Tq大于液相線溫度梯度 TL，不出現(xiàn) “成分過冷 ”區(qū)，晶體按平界面向前推進。 B為液相內的實際溫度梯度小于液相線溫度梯度，出現(xiàn)了 “成分過冷 ”工，平界面遭到破壞，形成胞狀晶或樹枝晶。 第四節(jié) 胞晶組織與樹枝晶1 胞晶與樹枝晶的形成① 胞晶組織的形成② 胞狀樹枝晶③ 自由樹枝晶 (等軸晶 )2 枝晶端部的溫度與溶質濃度三種不同形式的樹枝晶 :① 純金屬的等軸晶，其長大過程由熱擴散控制② 合金的等軸晶，其長大過程由熱擴散及溶質擴散兩者控制。③ 合金的柱狀樹枝晶，由于存在著正的溫度梯度，其長大過程主要由溶質擴散控制。 如圖 427所示。 a b是純金屬凝固的情況，凝固過程中，兩者均無溶質排出，后者是在過冷液體中形成的，此時，在固液界面前沿存在著負的溫度梯度，從而使 “熱樹枝晶 ”變得不穩(wěn)定。c d圖為合金凝固的情況，兩者都出現(xiàn)有成分過冷，在 單相凝固條件下，溫度梯度為正，凝固時放出潛熱與熱流一起通過固相傳出，因此，此時的溶質擴散成為影響枝晶生長的主要因素。在 等軸凝固 條件下，同時有熱量與溶質向液相排出，兩者都是影響枝晶生長不可忽視的因素，要想在這種復雜的情況下找出枝晶端部曲率半徑、生長速度以及它們與溫度和溶質分布的關系是很困難的。為使問題簡化， 個枝晶尖端部位的情況，圖中 被稱為無量綱溶質過飽和度，以 表示，它表示了枝晶端部溶質向液相內擴散的驅動力， 值越大，固相的長大速度越大。為了確定枝晶生長速度、枝晶尖端曲率半徑和固液界面處的液相成分之間的關系，有必要建立枝晶端部處的溶質平衡。由于枝晶長大，單位時間排出的溶質的量為：與此同時，枝晶端部前沿液相內溶質單位時間的擴散量為：達到穩(wěn)態(tài)時 :J1=J2即枝晶端部的溶質濃度梯度，可以近似地看做長大著的球體前沿的溶質濃度梯度，即：代入上式可得：或 449式中， 為溶質的 P’eclet數(shù)，它是枝晶端部曲率半徑 R與溶質邊界層厚度 的比值。對于由熱擴散控制的枝晶生長來說， P‘eclet數(shù)可表示為： 。式中， a為熱擴散率， Pt被稱為熱的 P’eclet數(shù)，此時，與 Pt相平衡的則是熱的過飽和度，即 450以上兩式表示簡化了的半球形枝晶端部曲率半徑、枝晶生長速度與枝晶端部前沿液相內溶質濃度或溫度的關系，在 一定的情況下， v與 R成反比關系。v與 R雖然在 一定的條件下是成反比關系，但是， R值只能在某一個定值的情況下枝晶才能穩(wěn)定生長，此時的 R以 Rs表示。Langer等人根據(jù)界面穩(wěn)定性動力學理論認為， Rs大約等于枝晶端部最小的擾動波長 即， 具有小曲率半徑的枝晶，由于側枝的發(fā)展，將傾向于使曲率半徑變大，具有大曲率半徑的枝晶，由于枝晶端部不穩(wěn)定性的發(fā)展，將傾向于使曲率半徑減小。穩(wěn)定的擾動波長 可以用 MS
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