[工學(xué)]金屬學(xué)與熱處理教案--第四章-展示頁(yè)
2025-01-28 12:25本頁(yè)面
【正文】 微小的晶體核心（晶核）的過(guò)程。 結(jié)晶潛熱 1mol物質(zhì)從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體相時(shí)，伴隨著放出或吸收的熱量稱(chēng)為 結(jié)晶潛熱 。 一、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 第一節(jié) 純金屬結(jié)晶的現(xiàn)象 “長(zhǎng)程無(wú)序 、 短程有序 、 此起彼伏 、 時(shí)聚時(shí)散 ” 液態(tài)金屬中存在著濃度 、 結(jié)構(gòu)和能量三大起伏 二、 金屬結(jié)晶過(guò)程中的宏觀現(xiàn)象 過(guò)冷現(xiàn)象 液體金屬在其理論結(jié)晶溫度下仍能保持液態(tài)的現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)冷。 金屬學(xué)與熱處理 王 涇 文 2022年 2月 18日 第四章 純金屬的結(jié)晶 結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到晶體的過(guò)程。 基本概念 凝固：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)的過(guò)程。 金屬結(jié)晶時(shí)冷卻曲線及其分析 ① 結(jié)晶開(kāi)始溫度； ② 結(jié)晶潛熱的作用； ③ 結(jié)晶過(guò)程中的熱平衡與穩(wěn)定結(jié)晶。 三、 金屬結(jié)晶的微觀過(guò)程 液體金屬的結(jié)晶一般包括形核和晶核的長(zhǎng)大兩個(gè)基本過(guò)程。 ② 晶核的長(zhǎng)大：指晶核不斷向 液體金屬中生長(zhǎng)的過(guò)程。 每一個(gè)晶核長(zhǎng)大最后形成一 個(gè)晶粒。 第二節(jié) 金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件 Δ GV =Δ H － TΔ S Δ GV =（ HS－ HL）－ T（ SS－ SL） 金屬?gòu)囊合噢D(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r(shí)，體系吉布斯自由能的變化（ Δ GV） 當(dāng) T = Tm時(shí)， 有 Δ GV = 0 恒壓下，結(jié)晶潛熱 Lm為： Lm=－（ HS－ HL） P 所以有 Δ S = SS－ SL=－ Lm/Tm 當(dāng)在實(shí)際溫度 T下結(jié)晶時(shí)有 Δ GV =－ Lm－ T（－ Lm/Tm） 其中， Δ T = Tm－ T， 稱(chēng)為過(guò)冷度。 可見(jiàn) ， 液態(tài)金屬的結(jié)晶過(guò) 程為一放熱過(guò)程 。 此時(shí) Δ GV 的絕對(duì)值即為液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力 。 均勻形核時(shí)晶核的來(lái)源為液態(tài)金屬中存在的有 序排列的原子集團(tuán) —— 晶胚。 232 16)4(Vkk GrA ??????③ 當(dāng)在液態(tài)中形成一臨界晶核時(shí) ， 增加的表面積 Ak為 : ② Δ T = 0， Δ G k = 0、 rk = ∞ 。 由此得 : ⑻AG kk ?????? ?31 臨界形核功為表面能的三分之一。 討論： ① 在一定的過(guò)冷度下體系中出現(xiàn)高于平均能量 （ Δ G k） 的幾率為： )/e x p ( RTG A??)/e x p ( RTG k??形核率 單位時(shí)間內(nèi)單位體積液態(tài)金屬中形成的晶核數(shù)目。 ② 在一定溫度下 ， 原子能夠從一平衡位置越過(guò)能壘 （ Δ G A激活 能 ） 到達(dá)另一平衡位置的幾率為： ③ 綜合上述兩種因素可知，均質(zhì)形核時(shí)形核率（ N）為： ⑼RT GRT GKN AkV ?????????? )e xp()e xp(討論： （ 1）隨著溫度的下降，一方面，原子的活動(dòng)能力降低，不利于形核；另一方面，過(guò)冷度增加，形核功降低，有利于形核。一般當(dāng)過(guò)冷度達(dá)到 ，形核率即迅速增加，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度稱(chēng)為有效成核溫度。 如圖，非均質(zhì)形核時(shí)在基底表面 B上形成一球冠狀的晶核，體系的吉布斯自由能變化（ ΔG非 ）為： 設(shè)固相晶核表面的曲率半徑為 r,晶核與底面的接觸角為 θ，則球冠的體積為： )3 c osc os32(33 ??? ??? rV 形核功
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