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纯金属液体结构与过冷第1页，共20页。凝固液态固态晶体(结晶)非晶体通常凝固条件下，金属及其合金凝固后都是晶体，因此也称金属及合金的凝固为结晶第2页，共20页。晶体与非晶体的形成粘度：粘度高的物质容易形成非晶体如高分子材料，而粘度小的物质如金属和合金容易形成晶体冷却速度：当冷却速度达到107℃/s，金属也能获得非晶态第3页，共20页。1.金属液态结构与性能特点对于液态结构的认识仍未有一个比较全面、完善的理论气态：无固定形状，具有流动性和各向同性固态：具有一定的体积，不易被压缩液态第4页，共20页。凝固与材料性能的关系内因：微观组织决定固态金属材料的宏观性能。外因：不同的凝固条件下可以获得不同的微观结构，材料具有不同的宏观性能。第5页，共20页。凝固理论的发展早期：局限于夹杂、气体、微量元素等异质组成对最终组织的影响；后来：液态结构变化对凝固以后的材料组织、性能和铸锭质量的影响；从熔体结构控制的角度来改善和控制凝固尚是经验性的。第6页，共20页。体积增大：一部分是质点间距离加大，另一部分是形成了大量空位金属名称晶体结构熔点（℃）熔化时体积变化率（%）Ag面心立方960.54.99Al面心立方660.26.6Fe体心立方/面心立方15363.0Cu面心立方10834.15Mg密排六方6504.1Bi三方271-3.25Li体心立方1791.5金属熔化时的体积变化1.1液态金属与固态金属的比较第7页，共20页。液态金属的压缩具有很小的可压塑性，表明液态金属的质点间距接近固态金属；气态有很大的压缩系数，表明气体质点间距很大。第8页，共20页。固-液转变时热容虽有突变，但是变化不大，在液体中质点热运动的特点与固体很接近金属FeMnCrNiAl固态Cp,m41.846.442.635.732.6液态Cp,m34.146.440.535.729.3某些金属在熔点附近的摩尔热容[J/(mol·K)]金属熔化时的热容变化第9页，共20页。ΔHm＜ΔHb金属熔点℃熔化潜热ΔHm沸点℃气化潜热ΔHbΔHm/ΔHbAg960.511.2221225823Al66010.4248029127.8Au106312.8295034226.7Cd3216.476599.515.6Fe153615.2307034022.4Mg6508.69110311516.0某些金属的熔化潜热及气化潜热（KJ/mol）金属熔化时的熔化潜热与气化潜热的变化第10页，共20页。ΔHm=内能的变化+体积变化引起的膨胀功体积变化很小膨胀功不大（气化时膨胀功很大）动能+势能Tm时固态和液态质点的动能变化不大ΔHm主要反映了势能或质点间相互作用力的变化第11页，共20页。∵G=H-TS（1）在Tm时，液固两相的自由能GL与Gs相等∴HL-TmSL=Hs-TmSs（2）式中，HL、Hs分别为液体和固体的焓SL、Ss分别为液体和固体的熵式（2）变换后：ΔS=SL-Ss=(HL-Hs)/Tm（3）在恒压下HL-Hs=Hm所以ΔS=SL-Ss=Hm/Tm（4）熔化时无序程度（熵）的变化第12页，共20页。熔化时熵的增加比较大金属熔化时，配位数改变很小，原子间距或最近邻原子数目没有多大变化，而无序程度则大为增加金属从298K到熔点的熵变ΔS熔化熵ΔSmΔSm/ΔSMg31.57.00.31Al31.411.50.37