共晶合金凝固需要过冷度吗

所有凝固过程都需要过冷度，从热力学角度来看，纯金属凝固也是在恒温条件下进行的。

低速定向凝固过程中包括成分过冷和曲率过冷两项。如果您对这个问题感兴趣的话可以参考共晶凝固经典理论-JH模型，Lamellar

and

Rod

Eutectic

Growth，请搜索百度文库，具体网址不让发

当界面前沿温度梯度为负时，固溶体结晶时晶体易长成树枝状；温度剃度为正时，溶质在固液界面前沿液相富集，而液体的平衡结晶温度随着溶质浓度的增大而降低，并且晶体长大速度与过冷度也有关，因此，溶质富集的沟槽的平衡结晶温度较低，过冷度较小，其长大速度不如顶部快，因此使沟槽不断加深，在一定条件下，界面最终达到一定形状，此后的晶体生长以凹凸不平的胞状界面恒速向液体中推进。

细等轴晶的形成,连续长大 2,平衡结晶与非平衡结晶条件下溶质再分配的过程分析 特别是熟练掌握固态无溶质原子的扩散:由紊乱排列的粗大等轴晶所组成 重点掌握各晶区形成的规律:如非共晶成分的合金可以结晶成100%的共晶组织 掌握每一种气孔的形成原因,固相凝固开始和终了时的成分差别越大 偏析现象也有有益的一面 对于非小晶面和小晶面的结晶,收缩,铸造应力光滑界面也称",激冷作用大量非均质生核 2,均质形核与非均质形核 4,液态溶质原子只有部分扩散条件下的溶质再分配过程分析,固液相线张开程度越大,两条液相线基本对称,晶界偏析) 宏观偏析(正常偏析,孕育处理起非自发形核作用并促进晶粒游离以细化晶粒 5;枝晶熔断",概念叙述 2;外生生长",控制浇注工艺(在浇铸过程中增加液流对型壁的冲刷 4金属的凝固特性需要掌握的主要内容 概念:界面固相一侧的点阵位置只有约50%被为固相原子所占据,而共晶成分的合金结晶时反而得不到100%共晶组织 3) 有助于对共生生长和离异生长这两种不同共晶方式,试证明K0 为一常数,只留下少数空位或台阶,共生区退缩到共晶点E;与",等温线和温度梯度的定义和表达方式 逐层凝固 体积凝固 中间凝固 铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大: 1,台阶方式长大(侧面长大) 单相合金结晶中应重点掌握的内容 对于K0〈1时,夹杂,领先相往往是小晶面生长的高熔点非金属相;共晶生长方式以及生长动力学因素对其影响;, ",影响因素及控制措施着三方面进行讨论说明为什么异质形核比均质形核容易 主要从凝固缺陷的形成机理,侵入性气孔和反应性气孔,影响异质形核的因素是什么 3 10,缩松,从而改变共晶组织形态;小平面" 讨论两类固-液界面结构(粗糙面和光滑面)形成的本质及其判据, K0 越小,切削加工性能,等温线: 1; 由前者向后者转变的前提是什么 仅仅由成分过冷因素决定吗 9,采用振动方式引起更多的枝晶脱落) 偏析主要是由于合金在凝固过程中溶质再分配和扩散不充分引起的;或" 溶质再分配系数 定义,化合物和气孔 危害,中间凝固,单相合金的结晶与多相合金的结晶 6,从而影响最终铸件的致密性和热裂纹产生几率 均质形核与非均质形核要掌握的内容 临界形核半径 临界形核功 形核率 非均质形核条件(主要考虑两相之间的错配度) 非均质形核形核条件 1,温度梯度) 2,形成坑坑洼洼,试描"以灰铸铁共晶生长为例,两相长大速度基本相同的非小晶面-非小晶面合金,从而形成整体上平整光滑的界面结构,铸件的凝固方式(逐层凝固,等温面:析出性气孔:溶质平衡分配系数K0 定义为恒温T下固相合金成分浓度C S 与液相合金成分浓度C L 达到平衡时的比值 K0 <非小晶面",铸造裂纹 材料的性能 由溶质再分配引起的成分过冷 成分过冷的判据 ",领先相的概念不突出 何谓结晶过程中的溶质再分配 它是否仅由平衡分配系数K0 所决定 当相图上的液相线和固相线皆为直线时,体积凝固) 3 6,在无限缓慢的冷却条件下;成分过冷",组织特点和转化条件 合金凝固 溶质扩散不均 溶质再分配 宏观和微观成分偏析 晶体形貌 引起氧化和合金元素烧损 气体的来源与产生 熔炼过程 浇注过程 铸型 金属中的气孔按气体来源不同可分为:由自外向内沿着热流的方向彼此平行排列的柱状晶组成 内部等轴晶区;内生生长",仅几个晶粒厚度 柱状晶区,型壁脱落的晶粒随着浇注液流而分布于整个铸件 3;理论 4 光界滑面,结晶相的晶格与杂质基底晶格的错配度δ 的影响 晶体长大 粗糙界面和光滑界面的文字叙述 粗糙界面 基于不同生长界面表现出的不同的长大方式 1,晶体长大 5,带状偏析 重力偏析,等温面 在这个条件下产生冷裂纹 4,温度场的描述(不稳定温度场;1的合金 固-液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度 同为光滑固-液界面 怎样理解溶质平衡分配系数K0 的物理意义及热力学意义 2,共生区与共生生长 9: (1) 粗糙-粗糙界面(非小晶面-非小晶面)共晶 金属-金属共晶及金属-金属间化合物共晶 (2) 粗糙-光滑界面(非小晶面-小晶面)共晶 金属-非金属共晶 (3) 光滑-光滑界面(小晶面-小晶面)共晶 非金属-非金属共晶 共生区和共生生长的概念 离异生长与离异共晶的概念 (晕圈型和晶间偏析型) 1)把平衡相图概念和不平衡共晶结晶动力学过程联系了起来 2) 非平衡结晶现象,作进一步分析和探讨共生区的概念与平衡图并不矛盾,缩孔 |1- K0 |为偏析系数,V 形偏析和逆V 形偏析) (掌握每一种偏析的形成原因和预防措施) 合金中气体的存在形式和危害性 存在形式形成气孔 3粗糙界面也称",稳定温度场,抗裂性能以及耐腐蚀性能等有着程度不同的损害: 1 第四章 液态成型过程质量控制 本章主要介绍的铸件宏观组织形成及凝固缺陷(包括偏析,平衡结晶与非平衡结晶 7 11;非小晶面-小晶面"非小平面"如何认识"对合金单相固溶体结晶形态的影响 平面生长方式 胞状生长方式 胞状树枝晶生长方式 自由树枝晶生长方式 共晶合金的凝固 将共晶组织分为三类试述非小晶面-非小晶面共生共晶组织的生核机理及生长机理,凹凸不平的界面结构 合金中的其它元素可能改变领先相的生长方式,溶质再分配系数与成分过冷 8,成份偏析越严重: 1,影响因素及控制措施 表面细等轴晶区:固溶体,微观尺寸,由紊乱排列的细小等轴晶组成,离异生长与离异共晶 温度场的描述(不稳定温度场何为成分过冷判据 成分过冷的大小受哪些因素的影响 7,稳定凝固区域(表示单位时间内从固相排到液相中的溶质原子数等于扩散离开界面的原子数)固相溶质的浓度和液相中溶质的浓度变化值的分析与计算;小晶面",逆偏析使钢铁脆化 2,稳定温度场,如利用偏析现象可以净化或提纯金属等,温度梯度) 复习掌握稳态温度场和不稳态温度场的区别 掌握不稳态温度场的微分方程表达式及边界条件初始条件 温度场的求解方法(解析法;成分过冷"或",缩孔缩松,它们对合金的力学性能;对单相固溶体及共晶凝固组织形貌的影响 8,螺旋位错生长机制与二维晶核生长机制的生长速度对过冷度的关系有何不同 复习思考题 5,气孔,数值法及试验法) 掌握等温面试描述离异共晶组织的两种情况及其形成原因,控制冷却条件(从G线和开始结晶温度线的位置考虑) 6:界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满,不同相之间分布特征 气孔 复习思考题 1:紧靠型壁的外壳层 微观偏析(晶内偏析,合金液即按平衡相图所示的规律进行结晶 注意共晶结晶时领先相的含义以及作为领先相应具备的条件 记忆重点 两个组元熔点相近,铸造应力和裂纹)等分别讨论",形成机理 3,特征,等温线

金属的凝固特性需要掌握的主要内容

概念:

1,温度场的描述(不稳定温度场,稳定温度场,等温面,等温线,温度梯度)

2,铸件的凝固方式(逐层凝固,中间凝固,体积凝固)

3,均质形核与非均质形核

4,晶体长大

5,单相合金的结晶与多相合金的结晶

6,平衡结晶与非平衡结晶

7,溶质再分配系数与成分过冷

8,共生区与共生生长

9,离异生长与离异共晶

温度场的描述(不稳定温度场,稳定温度场,等温面,等温线,温度梯度)

复习掌握稳态温度场和不稳态温度场的区别

掌握不稳态温度场的微分方程表达式及边界条件初始条件

温度场的求解方法(解析法,数值法及试验法)

掌握等温面,等温线和温度梯度的定义和表达方式

逐层凝固 体积凝固 中间凝固

铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大,从而影响最终铸件的致密性和热裂纹产生几率

均质形核与非均质形核要掌握的内容

临界形核半径

临界形核功

形核率

非均质形核条件(主要考虑两相之间的错配度)

非均质形核形核条件

1,结晶相的晶格与杂质基底晶格的错配度δ 的影响

晶体长大

粗糙界面和光滑界面的文字叙述

粗糙界面:界面固相一侧的点阵位置只有约50%被为固相原子所占据,形成坑坑洼洼,凹凸不平的界面结构粗糙界面也称"非小晶面"或"非小平面"

光界滑面:界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满,只留下少数空位或台阶,从而形成整体上平整光滑的界面结构光滑界面也称"小晶面"或"小平面"

基于不同生长界面表现出的不同的长大方式

1,连续长大

2,台阶方式长大(侧面长大)

单相合金结晶中应重点掌握的内容

对于K0〈1时,平衡结晶与非平衡结晶条件下溶质再分配的过程分析

特别是熟练掌握固态无溶质原子的扩散,液态溶质原子只有部分扩散条件下的溶质再分配过程分析

在这个条件下,稳定凝固区域(表示单位时间内从固相排到液相中的溶质原子数等于扩散离开界面的原子数)固相溶质的浓度和液相中溶质的浓度变化值的分析与计算

溶质再分配系数

定义:溶质平衡分配系数K0 定义为恒温T下固相合金成分浓度C S 与液相合金成分浓度C L 达到平衡时的比值

K0 <1的合金, K0 越小,固液相线张开程度越大,固相凝固开始和终了时的成分差别越大,成份偏析越严重

|1- K0 |为偏析系数

合金凝固

溶质扩散不均

溶质再分配

宏观和微观成分偏析

晶体形貌,微观尺寸,不同相之间分布特征

气孔,缩孔缩松,铸造应力,铸造裂纹

材料的性能

由溶质再分配引起的成分过冷

成分过冷的判据

"成分过冷"对合金单相固溶体结晶形态的影响

平面生长方式

胞状生长方式

胞状树枝晶生长方式

自由树枝晶生长方式

共晶合金的凝固

将共晶组织分为三类:

(1) 粗糙-粗糙界面(非小晶面-非小晶面)共晶

金属-金属共晶及金属-金属间化合物共晶

(2) 粗糙-光滑界面(非小晶面-小晶面)共晶

金属-非金属共晶

(3) 光滑-光滑界面(小晶面-小晶面)共晶

非金属-非金属共晶

共生区和共生生长的概念

离异生长与离异共晶的概念

(晕圈型和晶间偏析型)

1)把平衡相图概念和不平衡共晶结晶动力学过程联系了起来

2) 非平衡结晶现象:如非共晶成分的合金可以结晶成100%的共晶组织,而共晶成分的合金结晶时反而得不到100%共晶组织

3) 有助于对共生生长和离异生长这两种不同共晶方式,作进一步分析和探讨共生区的概念与平衡图并不矛盾,在无限缓慢的冷却条件下,共生区退缩到共晶点E,合金液即按平衡相图所示的规律进行结晶

注意共晶结晶时领先相的含义以及作为领先相应具备的条件

两个组元熔点相近,两条液相线基本对称,两相长大速度基本相同的非小晶面-非小晶面合金,领先相的概念不突出

对于非小晶面和小晶面的结晶,领先相往往是小晶面生长的高熔点非金属相

合金中的其它元素可能改变领先相的生长方式,从而改变共晶组织形态

复习思考题

怎样理解溶质平衡分配系数K0 的物理意义及热力学意义 

2说明为什么异质形核比均质形核容易,影响异质形核的因素是什么 

3 讨论两类固-液界面结构(粗糙面和光滑面)形成的本质及其判据

4 固-液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度 同为光滑固-液界面,螺旋位错生长机制与二维晶核生长机制的生长速度对过冷度的关系有何不同 

复习思考题

5 何谓结晶过程中的溶质再分配 它是否仅由平衡分配系数K0 所决定 当相图上的液相线和固相线皆为直线时,试证明K0 为一常数

6何为成分过冷判据 成分过冷的大小受哪些因素的影响 

7分别讨论"成分过冷"对单相固溶体及共晶凝固组织形貌的影响 

8如何认识"外生生长"与"内生生长" 由前者向后者转变的前提是什么 仅仅由成分过冷因素决定吗 

9试描述离异共晶组织的两种情况及其形成原因

10试述非小晶面-非小晶面共生共晶组织的生核机理及生长机理,组织特点和转化条件

11以灰铸铁共晶生长为例,试描"非小晶面-小晶面"共晶生长方式以及生长动力学因素对其影响

第四章 液态成型过程质量控制

本章主要介绍的铸件宏观组织形成及凝固缺陷(包括偏析,气孔,夹杂,收缩,缩孔,缩松,铸造应力和裂纹)等

主要从凝固缺陷的形成机理,影响因素及控制措施着三方面进行讨论

记忆重点:

1,概念叙述

2,形成机理

3,影响因素及控制措施

表面细等轴晶区:紧靠型壁的外壳层,由紊乱排列的细小等轴晶组成,仅几个晶粒厚度

柱状晶区:由自外向内沿着热流的方向彼此平行排列的柱状晶组成

内部等轴晶区:由紊乱排列的粗大等轴晶所组成

重点掌握各晶区形成的规律

细等轴晶的形成:

1,激冷作用大量非均质生核

2,型壁脱落的晶粒随着浇注液流而分布于整个铸件

3, "枝晶熔断"理论

4,孕育处理起非自发形核作用并促进晶粒游离以细化晶粒

5,控制冷却条件(从G线和开始结晶温度线的位置考虑)

6,控制浇注工艺(在浇铸过程中增加液流对型壁的冲刷,采用振动方式引起更多的枝晶脱落)

偏析主要是由于合金在凝固过程中溶质再分配和扩散不充分引起的,它们对合金的力学性能,切削加工性能,抗裂性能以及耐腐蚀性能等有着程度不同的损害

偏析现象也有有益的一面,如利用偏析现象可以净化或提纯金属等

微观偏析(晶内偏析,晶界偏析)

宏观偏析(正常偏析,逆偏析,带状偏析

重力偏析,V 形偏析和逆V 形偏析)

(掌握每一种偏析的形成原因和预防措施)

合金中气体的存在形式和危害性

存在形式:固溶体,化合物和气孔

危害:

1使钢铁脆化

2形成气孔

3产生冷裂纹

4 引起氧化和合金元素烧损

气体的来源与产生

熔炼过程

浇注过程 

铸型

金属中的气孔按气体来源不同可分为:析出性气孔,侵入性气孔和反应性气孔

掌握每一种气孔的形成原因,特征,危害性及消除措施

夹杂物的分类

但事实上是不可能的，因此会产生不平衡冷却过程。

产生原因有不平衡冷却，合金还有成分过冷。zhe_summer(站内联系TA)好像是亚共析或过共析钢 快速冷却到 伪共晶区域 所形成的comma(站内联系TA)非共晶成分的合金凝固后得到的100%共晶组织称为伪共晶组织，这是一种非平衡凝固过程形成的。likeweid(站内联系TA)貌似没人做详细的回答哦，伪共晶即非共晶成分合金在一定的条件下可以得到全共晶组织，这主要与合金凝固过程中相的竞争生长有关，根据最小过冷度原理可以知道，在生长时界面温度高的相生长在前面，也就是说如果初生相的界面生长温度高于共晶相，凝固组织为初生相+共晶，而当共晶相的界面生长温度高于初生相时，就会得到全共晶组织，即伪共晶。rengaoxing(站内联系TA)在平衡结晶条件下，只有共晶成分的合金才能获得完全的共晶组织。但在不平衡结晶条件下，成分在共晶点附近的亚共晶或过共晶也可能得到全部的共晶组织，这种非共晶成分的合金得到的共晶组织称为伪共晶组织。

金属的结晶熔化凝固结晶金属由液态转变为固态的过程。结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点金属的结晶金属的结晶 物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶。金属及其合金都是晶体，所以它们的凝固过程就是结晶。 凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。 凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。 金属冶炼、铸造、焊接工艺过程就是结晶过程。第一节 结晶的基本规律一、液态金属的结构结构：长程有序而短程有序。特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较小、原子排列较混乱。冷却曲线 结晶潜热 结晶温度过冷结晶潜热第一节 结晶的基本规律二、、过冷现象（1）过冷：金属的实际结晶温度总是低于其理论结晶温度的现象。（2）过冷度：金属材料的理论结晶温度(Tm) 与其实 际 结 晶 温 度 T o 之 差 △T=T m -T o 注：过冷是结晶的必要条件，结晶过程总是在一定的过冷度下进行。第一节 结晶的基本规律三、结晶过程（1）结晶的基本过程：形核－长大。（见示意图）（2）描述结晶进程的两个参数形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用G表示。形核长大形成多晶体两个过程重叠交织第二节 结晶的基本条件 1 热力学条件（1）G-T曲线（图3－4） a 是下降曲线：由G-T函数的一次导数（负）确定。 dG/dT=-S b 是上凸曲线：由二次导数（负）确定。 d 2 G/d 2 T=-C p /T c 液相曲线斜率大于固相：由一次导数大小确定。二曲线相交于一点，即材料的熔点。第二节 结晶的基本条件 1 热力学条件（2）热力学条件 △Gv=－L m △T/T m a △T>0, △Gv<0－过冷是结晶的必要条件（之一）。 b △T越大, △Gv越小－过冷度越大，越有利于结晶。 c △Gv的绝对值为凝固过程的驱动力。第二节 结晶的基本条件 2 结构条件（1）液态结构模型微晶无序模型拓扑无序模型（2）结构起伏（相起伏）：液态材料中出现的短程有序原子集团的时隐时现现象。是结晶的必要条件（之二）。出现几率结构起伏大小第三节 晶核的形成均匀形核：新相晶核在遍及母相的整个体积内无轨则均匀形成。非均匀形核：新相晶核依附于其它物质择优形成。 1 均匀形核（1）晶胚形成时的能量变化 △G＝V△Gv+σS =(4/3)πr 3 △Gv+4πr 2 σ 第三节 晶核的形成 1 均匀形核〔2〕临界晶核 d△G/dr=0 r k =-2σ/△Gv 临界晶核：半径为r k 的晶胚。（3〕临界过冷度 r k =-2σTm/Lm△T 临界过冷度：形成临界晶核时的过冷度。 △T k △T≥△T k 是结晶的必要条件。第三节 晶核的形成 1 均匀形核（4）形核功与能量起伏 △G k ＝S k σ/3 临界形核功：形成临界晶核时需额外对形核所做的功。能量起伏：系统中微小区域的能量偏离平均能量水平而高低不一的现象。（是结晶的必要条件之三）。第三节 晶核的形成 1 均匀形核（5）形核率与过冷度的关系 N=N 1 N 2 由于N受N 1 N 2 两个因素控制，形核率与过冷度之间是呈抛物线的关系。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（1）模型：外来物质为一平面，固相晶胚为一球冠。（2）自由能变化：表达式与均匀形核相同。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（3）临界形核功计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σ lw =σsw+σ sl cosθ计算能量变化和临界形核功。 △G k非 /△G k =(2-3cosθ+cos 3 θ)/4 a θ=0时，△G k非＝0，杂质本身即为晶核； b 180>θ>0时, △G k非 <△G k , 杂质促进形核； cθ=180时，△G k非＝△G k ，杂质不起作用。第三节 晶核的形成 2 非均匀形核（4）影响非均匀形核的因素 a 过冷度：（N-△T曲线有一下降过程）。（图3－16） b 外来物质表面结构：θ越小越有利。点阵匹配原理：结构相似，点阵常数相近。 c 外来物质表面形貌：表面下凹有利。（图3－17）第四节 晶核的长大 1 晶核长大的条件（1）动态过冷动态过冷度：晶核长大所需的界面过冷度。（是材料凝固的必要条件）（2）足够的温度（3）合适的晶核表面结构。第四节 晶核的长大 2 液固界面微结构与晶体长大机制粗糙界面（微观粗糙、宏观平整－金属或合金的界面）：垂直长大。光滑界面（微观光滑、宏观粗糙－无机化合物或亚金属材料的界面）：横向长大：二维晶核长大、依靠缺陷长大。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 3 液体中温度梯度与晶体的长大形态（1）正温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越高）粗糙界面：平面状。光滑界面：台阶状。（2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）粗糙界面：树枝状。光滑界面：树枝状－多面体—台阶状。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 (1)平面长大 当冷却速度较慢时，金属晶体以其表面向前平行推移的方式长大。晶体长大时，不同晶面的垂直方向上的长大速度不同。沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢，而非密排面的垂直方向上的长大速度较快。平面长大的结果，晶体获得表面为密排面的规则形状。第四节 晶核的长大第四节 晶核的长大 (2)树枝状长大 当冷却速度较快时，晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而长大较快，成为伸入到液体中的晶枝。优先形成的晶枝称一次晶轴，在一次晶轴增长和变粗的同时，在其侧面生出新的晶枝，即二次晶轴。其后又生成三次晶轴、四次晶轴。结晶后得到具有树枝状的晶体。 实际金属结晶时，晶体多以树枝状长大方式长大。第四节 晶核的长大第五节凝固理论的应用 金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。一个晶粒是由一个晶核长成的晶体，实际金属的晶粒在显微镜下呈颗粒状。 在一般情况下, 晶粒越小, 则金属的强度, 塑性和韧性越好。工程上使晶粒细化, 是提高金属机械性能的重要途径之一。这种方法称为细晶强化。 细化铸态金属晶粒有以下措施。第五节凝固理论的应用 1、增加过冷度一定体积的液态金属中，若形核率N(单位时间单位体积形成的晶核数,个/m 3 ·s)越大，则结晶后的晶粒越多， 晶粒就越细小； 晶体长大速度G(单位时间晶体长大的长度, m/s)越快，则晶粒越粗。 随着过冷度的增加, 形核速率和长大速度均会增大。但前者的增大更快，因而比值N/G也增大, 结果使晶粒细化。第五节 凝固理论的应用第五节凝固理论的应用 增大过冷度的主要办法是提高液态金属的冷却速度，采用冷却能力较强的模子。例如采用金属型铸模，比采用砂型铸模获得的铸件晶粒要细小。第五节凝固理论的应用 2 变质处理 变质处理就是在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。 例如，在铝合金液体中加入钛、锆；钢水中加入钛、钒、铝等。第五节凝固理论的应用 3 振动在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法，可以破碎正在生长中的树枝状晶体，形成更多的结晶核心，获得细小的晶粒。 4 电磁搅拌将正在结晶的金属置于一个交变电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加结晶核心，从而可细化晶粒。第五节凝固理论的应用二、单晶体制备 1、意义：单晶是电子元件和激光元件的重要原料。金属单晶也开始应用于某些特殊场合如喷气发动机叶片等。 2、基本原理：根据结晶理论，制备单晶的基本要求是液体结晶时只存在一个晶核，要严格防止另外形核。 3、制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。第五节凝固理论的应用三、定向凝固技术（1）原理：单一方向散热获得柱状晶。（2）制备方法。第五节凝固理论的应用四、急冷凝固技术超高速急冷技术可获得超细化晶粒的金属、亚稳态结构的金属和非晶态结构的金属。非晶态金属具有特别高的强度和韧性、优异的软磁性能、高的电阻率、良好的抗蚀性等。（1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。（3）准晶合金。 一、相图的意义及相关概念 二、二元合金状态图的建立 三、平衡相组成的分析 四、二元状态图的基本类型分析一、相图的意义及相关概念 相图的意义 相关概念 组元 合金系 相图二、二元合金状态图的建立 目前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定合金状态图的方法很多，但应用最多的是热分析法。 以Cu—Ni合金相图测定为例，说明热分析法的应用及步骤： （1）配制不同成分的合金试样，如Ⅰ纯铜； Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni；合金Ⅳ 25%Cu+75%Ni；Ⅴ：纯Ni。 （2）测定各组试样合金的冷却曲线并确定其相变临界点； （3）将各临界点绘在温度—合金成分坐标图上； （4）将图中具有相同含义的临界点连接起来，即得到Cu、 Ni合金相图。用热分析法测定Cu、Ni相图 a）冷却曲线 b）相图三、平衡相组成的分析 1．平衡相成分的确定 2．平衡相相对重量的确定：（杠杆定律）平衡相成分分析示意图平衡相相对重量的确定（杠杆定律） mn mk m n m X M ' ' ' mn kn m n X n M L ' ' ' 四、二元状态图的基本类型分析 1二元匀晶相图 2二元共晶相图 3二元包晶相图 4形成稳定化合物的相图 5具有共析转变的相图 6合金的性能与相图的关系 1二元匀晶相图 1．相图的组成及特征 2．合金平衡结晶过程及组织 3．枝晶偏析及其消除 Cu-Ni二元均晶相图 Cu-Ni合金枝晶偏析示意图枝晶偏析及其消除 由于实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分。扩散过程总是落后于结晶过程，合金结晶是在非平衡的条件下进行的。这使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，合金的熔点较高，构成晶体的树枝状骨架，后结晶出的部分含高熔点组元较少，熔点较低，填充于枝间。 这种在晶粒内化学成分不均匀的现象称为枝晶偏析或称晶内偏析。 出现枝晶偏析后，使合金材料的机械性能、耐蚀性能和加工工艺性能变坏。 出现枝晶偏析后，可通过扩散退火予以消除。一般采用将铸件加热到低于固相线100～200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，成分均匀化。 2二元共晶相图 1．相图的组成分析 2．典型合金平衡结晶过程分析二元共晶相图 1．相图的组成分析 共晶相图中有三个单相区：液相区L，固相 α和β相区； 三个两相区：L+α区，L+β区，α+β区； 一个三相共存点：C点共晶合金结晶过程示意图亚共晶合金结晶过程示意图 2点温度( 结束时) 点以下 L α L 1～2之间 L α 接近2点 α α+β α+β α β11 合金Ⅳ的结晶过程示意图点以上 1-2之间 2-3之间 3以下 L α α L α βⅡ 3二元包晶相图 1．相图的组成分析 2．典型合金平衡结晶过程分析二元包晶相图 1．相图的组成分析 在二元包晶相同中，有三个单相区：液相区L、固相区α和β相区； 三个两相区：L+α、L+β、α+β； 一个三相共存点：e点（L、α、β共存）合金I结晶过程示意图合金Ⅱ结晶过程示意图合金Ⅲ结晶过程示意图 4形成稳定化合物的相图 合金系中两组元之间还可能形成稳定的金属化合物，其组成可用通式AmBn表示，它具有固定的成分和一定的熔点，可把它看成独立的组元。它的分析可作为两个简单相图进行。 5具有共析转变的相图共析转变 共析转变属于固态相变的一种类型。和共晶反应一样是由一个相分解为两个相的三相平衡等温转变。共析转变的特点是：由特定成分的单相固态合金，在恒定的温度下，分解成两个新的，具有一定晶体结构的固相。其反应式可表达为：反应产物和的相对重量有一固定的比例： 由于共析反应是在固态下进行的，其原子扩散条件很差，晶核成长速度很小，所以共析转变物的组织是比较细密的两相相间的机械混合物。 5 （1）合金的使用性能与相图的关系 由图可见，当合金形成单相固溶体时，随溶质溶入量的增加，合金的硬度、强度升高，而电导率降低，呈透镜形曲线变化，在合金性能与成分的关系曲线上有一极大值或极小值。当合金形成两相混合物时，其性能是两相性能值的算术平均值。随着成分的变化，合金的强度、硬度、导电率等性能在两组成相的性能间呈线性变化，对于共晶成分或共析成分的合金，其性能还与两组成相的致密程度有关，组织愈细，性能愈好。当合金形成稳定化合物时，在化合物处性能出现极大值或极小值。（2）合金工艺性能与相图的关系 合金的工艺性能与相图也有密切的联系。如铸造性能（包括流动性、缩孔分布、偏析大小）与相图中液相线和固相线之间的距离密切相关。相图中液相线与固相线的距离愈宽，形成枝晶偏析的倾向越大，同时先结晶出的树枝晶阻碍未结晶液体的流动，则流动性愈差，分散缩孔愈多。 固溶体中溶质含量越高，铸造性能愈差；共晶成分的合金铸造性能最好，即流动性好，分散缩孔少，偏析程度小，所以铸造合金的成分常选共晶成分或接近共晶成分。又如压力加工性能好的合金是单相固溶体。因为固溶体的塑性变形能力大，变形均匀；而两相混合物的塑性变形能力差。再如相图中的单相合金不能进行热处理，只有相图中存在同素异构转变、共析转变、固溶度变化的合金才能进行热处理。