材料科学基础-第六章 金属材料的结构特征.pdfVIP

材料科学基础 第六章 金属材料的结构特征 顾书英 2014.12.11 6.1 纯金属的凝固及结晶 6.1.1 晶体凝固的热力学条件  晶体的凝固通常在常压下进行，从相律可知，在纯晶体凝固 过程中，液固两相处于共存，自由度为零，故温度不变。  根据热力学第二定律，在等温等压下，过程自发进行的方向 是体系自由能降低的方向。 G  H  TS 式中H焓；T热力学温度； S熵。 可推导得： dG  Vdp  SdT 在等压时， dp=0,故有 dG  S dT 由于熵S恒为正值，所以自由能是随温度增高而减小的。 6.1 纯金属的凝固及结晶 6.1.1 晶体凝固的热力学条件 纯晶体的液、固两相的自由能随温度变化 规律如左图。  由于晶体熔化破坏了晶态原子排列的长 程有序，使原子空间几何位置的混乱程 度增加，因而增加了组态熵；  同时，原子振动幅度增大，振动熵也略 有增加，这就导致液态熵S 大于固态熵 L S ，即液相的自由能随温度变化曲线的 S 斜率较大。  两条斜率不同的曲线相交于一点，该点 表示液固两相的自由能相等，故两相处 自由能随温度变化的示意图 于平衡而共存，此温度即为理论凝固温 度。 在理论凝固温度下，体系既不能完全结晶，也不能完全熔化， 要发生结晶则体系必须降至低于Tm温度，而发生熔化，体系 必须高于此温度。 6.1 纯金属的凝固及结晶 6.1.1 晶体凝固的热力学条件 在一定温度下，从一相转变为另一相的自由能变化为 G  H  TS 令液相到固相转变的单位体积自由能变化为Gv,则 G  G  G v s L 式中 Gs固相单位体积自由能； G 液相单位体积自由能。 L 由G=H-TS，可得 G  （H  H )  T (S  S ) v s L s L 6.1 纯金属的凝固及结晶 6.1.1 晶体凝固的热力学条件 由于恒压下 H  H 