金属凝固原理 - 第一章 4.pptVIP

金属凝固原理;第四章 单相及多相合金的结晶;§4-1 凝固过程中的质量传输;基本概念 1）稳态扩散 扩散系统中，任一体积元在任一时刻、流入的物质量与流出的物质量相等，即任一点的浓度不随时间变化。（?C/ ?t=0） 2）非稳态扩散 任一点的浓度随时间而变化（?C/ ?t≠0） ;2. 扩散第二定律 对于一维扩散的浓度分布， x=0 ，扩散源位置；C=Cmax； x?∞，C=C0，平均浓度 当x?x+dx；扩散通量Jx?Jx+dx，则 （1） Jx-Jx+dx=（dmx-dmx+dx）/(Adt) -dJ/dx= （dmx-dmx+dx）/[(Adx)dt] -dJ/dx =dC/dt （2） Jx=-DL（dCL/dx） 由（1）（2）得 dCL/dt=DL[d(dCL/dx)]/dx=DLd2CL/dx2;“稳定态定向凝固”溶质分配特征方程式 条件： 1）扩散源稳定（相变时溶质的析出速度与扩 散速度处于动平衡）； 2）扩散源的运动速度R与溶质的析出速度也 为动态平衡。 DLd2CL/dx2＋R（dCL/dx）=0;4.1.2 凝固传质过程的有关物理量 1. 扩散系数D 表示物质在介质中的传输能力。 介质阻力? ——D?——传输能力? （1）充分扩散：介质阻力?0，D ?∞ （凝固时液体激烈搅拌） （2）有限扩散：介质阻力≠0，D=Di （一般溶质扩散） 2. 溶质平衡分配系数k0 k0=Cs*/CL* 1）k01: 溶质元素从S/L界面扩散?L； k0 ?——S相线、L相线张开程度?——开始结晶与结晶终了固相成分相差?——成分偏析? 2）k01：溶质元素从L越过S/L界面扩散?S，使得 CSCL；; 3. 液相线斜率mL mL＝dT/dC=(TL-Tm)/CL TL=Tm+ mL CL 4. 液相温度梯度GL GL=dT/dx GL0，负温度梯度；TiTL GL0，正温度梯度；TiTL ;4.1.3 稳定态（溶质传输）过程的一般性质 稳定态定向凝固特征微分方程的通解 对于动态的稳定态扩散（L/S界面处无溶质元素聚积，结晶速度=溶质自界面?远方扩散走的速度，动态平衡），溶质分配特征方程式的通解为： C(x)L=A exp(-Rx/DL)+B CL:溶质在液相中的浓度；DL: 扩散系数； R=dx/dt: 固液界面生长速度;2. 固液界面处（x=0）的溶质平衡 R(CL*-CS*)=-DL(dCL/dx)x=0 界面排出溶质量＝扩散走的溶质量，则： (dCL/dx)x=0＝ -R(CL*-CS*)/DL＝－ RCL*/DL（1-k) 3. 远离固液界面(x?∞)的液体成分 ;4.2 单相合金的凝固;凝固过程溶质再分配;溶质再分配现象;平衡分配系数与界面平衡假设;单相合金结晶过程中的溶质再分配 平衡凝固条件下的溶质再分配;单相合金结晶的每一阶段，S、L两相都能充分传质而使成分完全均匀，时时都能实现两相整体上的平衡。服从平衡相图规律 ;非平衡凝固时的溶质再分配;固相无扩散、液相充分混合时的溶质再分配;攀窄赠思演拦羽炭踢讣浩擒雨顾欠萍咋取滔创宇鸡嚼崭疆盒砖森鸭涵硕藤金属凝固原理 - 第一章 4金属凝固原理 - 第一章 4;公式推导： 当fs=0时，CS*=k0C0 凝固过程中固－液界面上的成分为 （Scheil公式，或非平衡结晶时的杠杆定律）： 注：凝固临近结束时（fs?1），该表达式不适用。;固相无扩散、液相有限扩散的溶质再分配;杭醛畦捏瑚使卓赊段韧攀叮滴嗅阎啸惶足兑态棱牛匈役培增蛤蔑地吱疹贬金属凝固原理 - 第一章 4金属凝固原理 - 第一章 4;公式推导： 稳定生长阶段（q1=q2） ：根据 得：稳定生长阶段界面前方L相中的溶质浓度分布规律（Tiller） ; 另外，最初过渡区的长度取决于K0、R、DL的值，K0越大、R越大或DL越小，则最初过渡区越短；最后过渡区长度比最初过渡区的要小得多，与溶质富集层的“特征距离”的数量级相同。 ;固相无扩散、液相存在部分混合时的溶质再分配;固－液界面前方熔体的过冷状态;热过冷与成分过冷;界面前方过冷状态对结晶过程的影响;★ 热过冷作用下的枝晶生长;2．成分过冷对一般单相