金属凝固原理复习大纲.doc

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1、金属凝固原理复习大纲绪论1、凝固定义宏观上：物质从液态转变成固态的过程。微观上：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。2、液态金属凝固的实质：原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程液态金属的结构特征：“近程有序”、“远程无序”组成：液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成3、液态金属的性质：粘度和表面张力粘度的物理意义：单位接触面积，单位速度梯度下两层液体间的内摩擦力粘度的本质上是原子间的结合力影响液体金属粘度的主要因素是：化学成分、温度和夹杂物表面张力的物理意义：作用于表面单位长度上与表面相切的力，单位N/m影响液体金属表面张力的主要因素是：熔点、温度和溶质元素。取决于

2、质点间的作用力4、液体结构的特性：近程有序和远程无序晶体:凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。单晶体:在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体多晶体:大多数金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。吸附是液体或气体中某种物质在相界面上产生浓度增高或降低的现象。金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶当向溶液中加入某种溶质后，使溶液表面自由能降低，并且表面层溶质的浓度大于溶液内部深度，则称该溶质为表面活性物质（或表面活性剂），这样的吸附称为正吸附。反之，如果加入溶质后，使溶液的表面自由能升高，并且表

3、面层的溶质浓度小于液体内部的浓度，则称该溶质为非表面活性物质（或非表面活性剂），这样的吸附为负吸附第一章凝固过程的传热1、凝固过程的传热特点：“一热、二迁、三传”“一热”指热量的传输是第一重要；“二迁”指存在两个界面，即固－液相间界面和金属－铸型间界面。“三传”指动量传输、质量传输和热量传输的三传耦合的三维热物理过程。2、金属型特点：具有很高的导热性能；非金属型铸造特点：与金属相比具有非常小热导率，故凝固速度主要取决于铸型的传热性能。铸型外表面温度变化不大，故可把铸型看成是半无限厚的。第二章凝固动力学1、自发过程：从不平衡态自发地移向平衡态的过程（不可逆过程）2、化学势：某一组

4、元的化学势为1mol该组元物质的吉布斯自由能，是1mol的恒温等压势。3、公切线原理求相平衡P61.634、判断平衡相（液相还是固相）P654、溶质平衡分配系数K0：恒温下固相溶质浓度CS与液相溶质浓度CL达到平衡时的比值。K0=CS/CL=mL/mS=5、界面曲率对溶质平衡分配系数k0影响：曲率半径小的晶体，其固液界面前沿富集起来的液相溶质浓度比曲率半径大的晶体小。在理想溶液中是均匀向下移动相图中液固相线位置。6、压力对溶质平衡分配系数k0的影响：均匀地向上移动相图中液固相线位置。第三章凝固动力学1、形核：亚稳定的液态金属通过起伏作用在某些微观小区域内生成稳定存在的晶态小质点

5、的过程。2、均质形核：在没有任何外来的均质溶体中，依靠液体金属内部自身结构自发地形核。均质形核在溶体各处概率相同，全部固液界面都由形核过程提供。因此热力学能障大，所需驱动力大。异质形核：在不均匀的溶体中依靠外来夹杂或型壁界面所提供的异质界面进行形核。异质形核首先发生在外来界面处，因此能障较小，所需的驱动力也较小。3、形核相变的驱动力：固液相体积自由能差；阻力：界面能。4、形核速率是在单位体积中单位时间内形成的晶核数目。5、在液相中那些对形核有催化作用的现成界面上形成的晶核称为非自发形核6、均质形核理论的局限性：均质形核是对理想纯金属而言的，其过冷度很大比实际液态金属凝固时的过冷

6、度大多了。实际上金属结晶时的过冷度一般为几分之一摄氏度到十几摄氏度。实际的液态金属(合金)在凝固过程中多为异质形核。7、均质形核与异质形核的异同：相同点：异质形核的临界晶核半径在形式上与均质形核临界晶核半径完全相同不同点：①均质形核临界晶核是球体，而异质形核的晶核为球体的一部分（球冠），因而异质晶核中所含原子数目少，这样的晶坯易形成。②润湿角θ与均质形核无关，而影响异质晶核的体积8、形核剂的条件：①适配度小②粗糙度大③分散性好④温稳定性好9、当晶格点阵适配度δ≤5%时，通过点阵畸变过渡，可以实现界面两侧原子之间的一一对应。这种界面称为完全共格界面，其界面能较低，衬底促进非均质生

7、核的能力很强；当5%＜δ＜25%时为部分共格界面；当δ≥25%时，为不共格，夹杂物衬底无形核能力。10、界面共格对应原则：固相杂质表面的原子排列规律和原子（晶粒细化剂的选择原则）间距与新相晶核相近。（晶粒细化剂选择原则）11、粗糙界面（非小晶面）：微观粗糙，宏观光滑。非小晶面长大。大部分金属属于此类。光滑界面（小晶面）：微观光滑，宏观粗糙。小晶面长大。非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此。第四章单相合金的凝固1、合金可分为单相合金和多相合金两大类。单相合金是指在凝固过程中只析出一个固相的