1、第 4章 单相合金与多相合金的凝固2018/5/6 1 -1 单相合金的凝固1. 溶质富集引起界面前液体凝固温度（液相线温度）变化合金原始成分 C0， 平衡结晶温度 T0， 液相线斜率 m(1)、 “成分过冷 ”产生的条件过冷： 金属理论凝固温度与实际温度之差。热过冷： 金属凝固时所需过冷完全由传热所提供。成分过冷： 凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。 2018/5/6 2液相中只有扩散时：x=0时，x=时，2018/5/6 32、成分过冷的形成 内因外因（冷却速度）成分过冷度（ TK很小，可忽略）：产生 “成分过冷 ”必须
2、具备 两个条件 ：一 是固 -液界面前沿溶质的富集引起成分再分配；二 是固 -液界面前方液相的实际温度分布，或温度分布梯度 GL必须达到一定的值。 2018/5/6 4成分过冷的条件：成分过冷的过冷度 :2018/5/6 5影响成分过冷区宽度和过冷度大小的因素：工艺因素： G, v合金本身的因素： DL, m, k0, C0成分过冷区的宽度，它随凝固速度的增加而减小，随液体中溶质的扩散系数的增大而增大。成分过冷区的宽度和成分过冷度的大小直接影响凝固时缩松、热裂等缺陷的形成。 2018/5/6 63、成分过冷的本质（ 1）溶质富集使平衡结晶温度大为降低，减小了实际过冷度，甚至阻碍晶体生长。（ 2
3、）成分过冷使界面不稳定，将不能保持平面。2018/5/6 7纯金属在正温度梯度下 ,为平面生长方式 ,在负温度梯度下为枝晶生长方式 .对合金 ,在正温度梯度下且无成分过冷时，同纯金属一样，界面为平界面形态；在负温度梯度下，也与纯金属一样 ,为树枝状。但合金的树枝状生长还与溶质再分配有关。但合金在正的温度梯度时，合金晶体的生长方式还会由于溶质再分配而产生多样性：当稍有成分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增大（即温度梯度的减小），晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状枝晶和自由树枝晶（等轴枝晶）。 2018/5/6 81、无成分过冷的平面生长平面生长的条件：图 界面前方无成分过冷时平面生长a） 局部不稳定界面 b） 最终稳定界面2018/5/6 9稳定界面的推进速率 即晶体的生长速率 v可由界面上热平衡方程导出 ：所以：式中 S， L 固、液两相的导热系数；， L 合金的密度和结晶潜热。单相合金晶体生长中同时受到传热和传质过程的影响，要保持平界面生长方式，温度梯度要高，而生长速度要低。合金的性质也有影响， C0和 愈大， k偏离 1愈远， DL愈大，界面愈趋向于平面生长。 2018/5/6 10
