文档介绍：贵州师范大学
化学与材料科学学院
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
第六章材料的凝固
THE SOLIDIFICATION OF MATERIALS
材料凝固时晶核的形成
材料凝固时晶体的生长
固溶体合金的凝固
共晶合金的凝固
制造工艺与凝固组织
用凝固法材料的制备技术
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大多数金属材料都是在液态下冶炼,经过凝固而成为
固态金属的。
凝固理论是材料科学的基础知识之一。
掌握凝固的规律,对控制(如铸造和焊接的)凝固过
程、获得所需的凝固组织和性能具有重要意义。
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物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。
固态相变
气固相变
液固相变
物质由液态转变为固态的过程称为凝固。
凝固
晶体:液态转变为晶态,称为结晶
非晶体:材料在凝固过程中逐渐变硬
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第一节材料结晶时晶核的形成
THE FORMATION OF NUCLEUS AS MATERIALS CRYSTALLIZING
结晶的基本规律
均匀形核
形核率
非均匀形核
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一、结晶的基本规律
1. 液体的结构特点
固态下为晶体的材料,其在液态时的结构介于晶态与
气态之间,它不像晶体中原子作规则的三维排列,但
也不像气体中原子那样任意地分布着。
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液体中原子间的平均距离比固体中略大
液体中原子的配位数比密排结构的固体的配位数减少,
通常在8-11范围内。
上述均导致熔化时体积略为增加,但对非密排结构的
晶体如Bi、Sb、Ga、Ge等,则液态时配位数反而增大,
故熔化时体积略为收缩。
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晶体材料的液态结构在长程来说
是无序的,而在短程范围内原子
的排列则并非是完全混乱的,而
是在许多微小区域存在着与晶态
的原子排列近似的原子团(尤其
是在接近于熔点的液相中),这
种短程有序原子团称为晶胚。
时隐时现,时聚时散
结构起伏和能量起伏
在熔点以下,能自发长大的晶胚——晶核
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2. 晶体结晶的热力学条件
实验证明,纯金属液体被冷却到熔点Tm(理论结晶温
度)时保温,无论保温多长时间都不会进行结晶,只
有当温度明显低于Tm时,结晶才开始。
金属要在过冷的条件下才能结晶。
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液态和固态的吉布斯
自由能-温度曲线
结晶转变的必要条件:
结晶只有在Tm以下的实际结晶温度下才能进行,叫过冷
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