金属凝固过程中成分过冷气的作用

这是个很专业的问题!

:金属结晶过程中存在有温度场----实际的温度分布状态,一般是正温度梯度同时金属在结晶过程中因为是异分结晶---结晶出来的固相和液相成分是不同的!!随结晶(非平衡状态)的进行,界面前沿液相中溶质原子的百分含量(浓度)发生改变,它对应的熔点也随之改变----一般会降低,这样在液态和故态金属的界面前沿就出现一层熔点较低的状态,它们和实际的液态温度剃度结合起来,就会使这里出现一定的负温度剃度----导致金属的长大方式发生变化----促使金属以枝晶的方式长大,最终得到树枝状晶体这就是成分过冷的作用,实际也叫组成过冷

冷却度对晶体长大方式和速度的影响如下：

1冷却速度越快，材料的过冷度也会相应的增加，材料的结晶形核过程会有相应的时间滞后性，就会造成过冷度增加。

2随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行；

3当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。

4过冷度增大，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。

首先，成分过冷是在界面前沿的液相出现随至界面距离的增加而过冷度增加的现象。晶核长大时所放出的结晶潜热使得界面的温度很快升高到接近金属熔点Tm的温度，随后放出的结晶潜热就由已结晶的固相流向周围的液体，于是在固液界面前沿的液体中建立起负的温度梯度。（负温度梯度是指液相中的温度随至界面距离的增加而降低的分布状况）

成分过冷是铝合金的常用添加剂。一般在铝合金中加入锆和铝形成ZrAl化合物，可阻碍再结晶过程，细化再结晶晶粒。锆亦能细化铸造组织，但比钛的效果小。有锆存在时，会降低钛和硼细化晶粒的效果。在Al-Zn-Mg-Cu系合金中，由于锆对淬火敏感性的影响比铬和锰的小，因此宜用锆来代替铬和锰细化再结晶组织。稀土元素稀土元素加入铝合金中，使铝合金熔铸时增加成分过冷，细化晶粒，减少二次晶间距，减少合金中的气体和夹杂，并使夹杂相趋于球化。还可降低熔体表面张力，增加流动性，有利于浇注成锭，对工艺性能有着明显的影响。各种稀土加入量约为。at为好。混合稀土（La-Ce-Pr-Nd等混合）的添加，使Al-。Mg-。Si合金时效G。P区形成的临界温度降低。含镁的铝合金，能激发稀土元素的变质作用。杂质元素在铝合金中形成VAl难熔化合物，在熔铸过程中起细化晶粒作用，但比钛和锆的作用小。钒也有细化再结晶组织、提高再结晶温度的作用。在铝合金中固溶度极低，与铝形成CaAl化合物，钙又是铝合金的超塑性元素，大约钙和锰的铝合金具有超塑性。钙和硅形成CaSi，不溶于铝，由于减小了硅的固溶量，可稍微提高工业纯铝的导电性能。钙能改善铝合金切削性能。CaSi不能使铝合金热处理强化。微量钙有利于去除铝液中的氢。

1液态凝固时必须要有一定的过冷度，过冷度越大凝固点的驱动力也越大

2并不是只要低于理论凝固温度的任何温度液态转变为固态的过程就能发生，液相形成固相的晶核，必须达到一临界过冷度。

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。

简介

　　binary diagram 　　  二元相图

二元相图就是表示物质的状态和温度、压力、成分之间的关系的简明图解。在热力学平衡条件下，各种成分的物质在不同温度、压力下的相组成、各种相的成分、相的相对量。 　　当存在两个组元时，成分也是变量，通常只考虑在常压下的结晶过程，则取两个变量温度和成分，横坐标用线段表示成分，纵坐标表示温度。平面上按平衡状态下存在的相来分隔。 　　又称二元系相图，指独立组分数为2的体系的相图。 　　对二组分体系，至少有一个相，根据相律，该体系的最大自由度为3，即体系的状态由三个独立变量(温度、压力和组分)所决定。其相图为三个坐标的立体图。 　　对于二组分体系，常常保持一个变量为常量，可得到三种平面图p-X(压力一组分)图，T-X(温度一组分)图和T-p(温度一压力)图。最常用的是前两种。在平面图上最大自由度数是2，同时共存的相数最多是3。[1]

编辑本段相平衡条件

　　在  二元相图

指定的温度和压力下，若多相体系的各相中每一组元的浓度均不随时间而变，则体系达到平衡。 　　几何规律 　　1． 两个单相区之间必定有一个由这两个相组成的两相区，而不能以一条线接界。这个规律被称为相区接触法则。 　　2在二元相图中，若是三相平衡，则三相区必为一水平线。 　　3．如果两个恒温转变中有两个相同的相，则这两条水平线之间一定是由这两个相组成的两相区。 　　4． 当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交．则分界线的延长线应进入另一两相区，而不会进入单相区。

编辑本段基本类型

　　1相图分析  二元相图

由液相结晶出单相固溶体的过程被称为匀晶转变。 　　2． 固溶体合金的平衡凝固及组织 　　平衡凝固是指凝固过程中每个阶段都能达到平衡，因此平衡凝固是在极其缓慢的冷速下实现的。 　　3． 固溶体合金的非平衡凝固及其组织 　　在实际冷却过程中，凝固常常在几分钟甚至数小时内完成，固溶体成分来不及扩散至均匀。这种凝固过程被称为不平衡凝固。 　　不平衡凝固的组织，合金内部成分不均匀的现象被称为“偏析”。而晶粒内部成分不均匀的现象被称为“晶内偏折”．树枝晶内的偏析被称为“枝晶偏析”。 　　设合金的浓度为CO，当合金冷却到温度To时．液相的浓度为CL，固相约浓度为Cs，那么这两种浓度的比值K0被称为平衡分配系数。 　　K0=Cs/CL 　　4． 成分过冷 　　在液态合金的凝固过程中，即使溶液的实际温度分布一定，由于溶液中溶质分布的变化，改变了熔点，此时过冷是由成分变化和实际温度分布两个因素来决定的。这种过冷称为成分过冷。 　　5．固溶体合金凝固时的生长形态

编辑本段应用相图时要注意的问题

　　(1)相图只能给出合金在平衡条件下存在的相和相对量，并不表示相的形状、大小和分布。 　　(2)相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件下，合金很少能达到平衡状态。