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第三章凝固1第1页，本讲稿共31页第三章 凝固炼钢 浇注 炼铜第2页，本讲稿共31页第三章 凝固l凝固：物质从液态到固态的转变过程。l 若凝固后的物质为晶体，则称之l 为结晶。l凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。l凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。第3页，本讲稿共31页第一节 材料结晶的基本规律第三章第一节结晶规律1液态材料的结构结构：长程无序而短程有序。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。第4页，本讲稿共31页第一节 材料结晶的基本规律第三章第一节结晶规律2过冷现象 supercooling（1）过冷：液态材料在理论结晶温度以下仍保持液态的现象。（2）过冷度：液体材料的理论结晶温度(Tm)与其实际温度之差。T=Tm-T(见冷却曲线)注:过冷是凝固的必要条件(凝固过程总是在一定的过冷度下进行)。第5页，本讲稿共31页第一节 材料结晶的基本规律第三章第一节结晶规律3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。第6页，本讲稿共31页第二节 材料结晶的基本条件 第三章第二节结晶条件1热力学条件（1）G-T曲线a是下降曲线：由G-T函数的一次导数（负）确定。dG/dT=-Sb是上凸曲线：由二次导数（负）确定。d2G/d2T=-Cp/Tc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7页，本讲稿共31页第二节 材料结晶的基本条件 第三章第二节结晶条件1热力学条件（2）热力学条件Gv=LmT/TmaT0,Gv0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8页，本讲稿共31页第二节 材料结晶的基本条件 第三章第二节结晶条件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9页，本讲稿共31页第三节 晶核的形成 第三章第二节结晶条件均匀形核：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GV Gv+S(4/3)r3Gv+4r22003 Brooks/Cole,a division of Thomson Learning,Inc.Thomson Learning is a trademark used herein under license.第10页，本讲稿共31页第三节 晶核的形成 第三章第二节结晶条件1均匀形核(2)临界晶核d G/dr=0rk=-2/Gv临界晶核：半径为rk的晶胚。(3)临界过冷度rk=-2Tm/Lm T临界过冷度：形成临界晶核时的过冷度。Tk.T Tk是结晶的必要条件。第11页，本讲稿共31页第三节 晶核的形成 第三章第二节结晶条件1均匀形核（4）形核功与能量起伏GkSk/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12页，本讲稿共31页