材料科学基础--第六章PPT格式课件下载.ppt

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,2-2不平衡结晶条件下不平衡结晶包含如下的情况：

液相内溶质完全混合（在缓慢结晶条件下）；

液相中溶质部分混合（在较快的结晶条件下）；

液相内溶质很少或无混合（在很快的结晶条件下）；

C0合金凝固后的溶质分布曲线（K01）；

Material,Material,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章6,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式,Material,3-1有效分配系数（Ke）,定义：

有效分配系数的表达式为：

其中:

（Cs）i界面处的固相浓度；

（CL）B边界层外液相的平均浓度；

Ke与K0的关系：

式中：

Ke有效分配系数；

K0平均分配系数；

R凝固速度；

D边界层中溶质的扩散系数；

边界层厚度；

讨论：

R很大时（溶质完全不混合），e-R/D0，则Ke=1，（CS）i=（CL）B=C0；

R很小时（溶质完全混合），e-R/D1，则Ke=K0，（CS）i=K0（CL）B；

R较大时（溶质部分混合），K0Ke1。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章7,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,Material,3-2凝固方程,在探讨凝固方程时，我们假设K0为常数，忽略固相中的扩散，L/S界面平直移动，液相和固相密度相同。

我们分三种情况进行讨论：

溶质充分凝固；

溶质部分混合；

溶质很少或无混合；

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章8,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,1）溶质充分混合,Lessons,式中，K0平衡分配系数；

C0原合金成分；

l合金棒长；

Z已结晶部分的长度。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章9,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,左图所示的是固相无扩散，液相完全混合的非均匀凝固过程示意图。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章10,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,在固相不扩散，液相完全混合的情况下，当固相增加dx时，向液相中排出溶质原子，由于液相完全混合，使得液相的溶质浓度增加dCL，这导致固相溶质分布不均匀。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章11,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,1）溶质部分混合,Lessons,式中，Ke有效分配系数,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章12,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,如图是液相部分混合的示意图，其中黑色的（CL）B表示凝固的瞬间液相的浓度变化，蓝色的（CL）i和棕色的（CS）i表示液相与固相的浓度变化。

？

想一想，为什么是这样,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章13,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,1）溶质很少或无混合,Lessons,溶质很少或无混合时Ke=1,所以,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章14,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,如左是固相无扩散，液相溶质很少混合或无混合的情况。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章15,3.合金凝固后溶质分布的数学表达式（续）,其中，a是平衡凝固的条件下获得的，b是液相完全混合的情况下获得的，d是液相部分混合的情况下获得的，而c则是液相很少扩散或不扩散的情况下获得的。

想一想，这说明了什么,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章16,4.区域熔炼和提纯,区域熔炼将已制备的金属试棒分区逐段熔化，然后重新凝固的提纯方法。

4-1定义,Definition,区域熔炼示意图。

双击观察动画示意！

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章17,第二节合金凝固过程中的成分过冷,Guidelines,基本内容,1.成分过冷的形成产生2.成分过冷的临界条件及其影响因素3.成分过冷对晶体生长形貌的影响,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章18,1.成分过冷的形成,1-1定义,Definition,成分过冷L/S界面前沿L相中的实际温度低于由溶质分布所决定的理论凝固温度（熔点）时产生的过冷，称为成分过冷。

如图，左上角的是一匀晶相图，右下角是凝固过程的示意图。

你能根据左图与说明阐述产生成分过冷的原因吗,？

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章19,2.产生成分过冷的临界条件及其影响因素,Material,2-1产生成分过冷的临界条件,实际温度分布曲线的方程,熔点分布曲线的方程,

（2）,式和式中，GL相的温度梯度；

Z距界面的距离；

DL相中溶质的扩散系数；

R结晶速度；

TA纯溶剂的熔点；

mL相线斜率；

C0合金原始成分；

K0平衡分配系数,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章20,2.产生成分过冷的临界条件及其影响因素,Material,2-1产生成分过冷的临界条件（续）,临界条件当TTL，即,时，出现成分过冷；

当T=TL，即,时，为出现成分过冷的临界条件。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章21,2.产生成分过冷的临界条件及其影响因素,Material,2-2影响成分过冷的因素,产生成分过冷的临界条件：

等式的右边属于合金本身的因素，左边属于外界因素。

1.合金本身因素,m、C0、D、K0（K01时），,，则成分过冷倾向,2.外界因素,G、R，则成分过冷倾向,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章22,3.成分过冷对晶体生长形貌的影响,随着成分过冷区的增大，单相合金的L/S界面形貌由平面状胞状树枝状（柱状树枝状等轴树枝状），之间还存在过渡形式。

对于一定成分的单相合金，若凝固时G或R，则界面趋于平面状或胞状生长；

若G或R时，则树枝状倾向增大。

在实际生产中，G一般均较小（35/cm），R较大，所以通常获得树枝状的凝固组织。

各种不同因素对晶体形貌影响的示意图。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章23,3.成分过冷对晶体生长形貌的影响,液相温度梯度对成分过冷的影响,其中，TD代表液相的温度梯度。

I平面生长；

II胞状生长；

III树枝晶生长；

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章24,3.成分过冷对晶体生长形貌的影响,晶体平面生长动画,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章25,3.成分过冷对晶体生长形貌的影响,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章26,3.成分过冷对晶体生长形貌的影响,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章27,第三节合金铸锭的组织,基本内容,Guidelines,1.铸锭的典型组织；

2.铸造缺陷；

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章28,1.铸锭的典型组织,铸锭的组织从外至内分为以下三种：

表面的细晶粒区；

柱状晶区；

中心的等轴晶区；

铸锭的组织,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章29,2.铸造缺陷,Material,2-1偏析,1.定义,合金凝固时成分（组成合金的元素、杂质元素）不均匀分布的现象。

2.分类,宏观偏析（肉眼或100倍内可见）微观偏析（100倍才可见）,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章30,2.铸造缺陷（续）,Material,2-1.1宏观偏析,定义宏观偏析又称为区域偏析，是指铸锭先结晶区域与后结晶区域的成分不同，宏观偏析不能通过均匀化退火消除或减轻。

Definition,分类根据铸锭先结晶区域与后结晶区域的成分不同，宏观偏析可以划分为以下三类：

正偏析；

反偏析；

比重偏析；

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章31,2.铸造缺陷（续）,Material,2-1.1宏观偏析（续）,正偏析（正常偏析）,K01时，情况相反；

反偏析,K01时，先凝固的外层的溶质含量高，后凝固的内层的溶质含量低；

比重偏析,铸锭上下区域之间的成分不均匀；

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章32,2.铸造缺陷（续）,Material,2-1.2显微偏析,定义显微偏析是指一个晶粒内部的成分不均匀，显微偏析可以通过均匀化退火消除或减轻。

Definition,分类根据一个晶粒内部的成分不均匀情况，显微偏析可以划分为以下三类：

枝晶偏析；

晶界偏析；

胞状偏析；

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章33,2.铸造缺陷（续）,Material,2-1.2显微偏析（续）,枝晶偏析（晶内偏析）,树枝晶的主干与枝晶间隙之间的成分不均匀。

胞状偏析,胞壁与胞心的成分不均匀。

晶界偏析,晶界与晶内成分不均匀。

2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章34,2.铸造缺陷（续）,Material,2-2缩孔与缩松,1.定义,合金凝固发生收缩时没有得到足够液体的补充而形成的收缩孔洞。

2.分类,缩孔,集中缩孔,分散缩孔,中心疏松,一般疏松,缩穴,缩管,2022/10/11,IntroductiontoMaterialsScience,第六章35,2.铸造缺陷（续）,Material,2-3气孔与夹杂,1.气孔（气泡）,合金在凝固过程中因气