凝固过程的溶质再分配.ppt

1第4讲 溶质的平衡分配核心问题：合金凝固过程的溶质如何在液固相间分配？2序言•观察图2-20，着重体会下列问题：–相平衡时各相的溶质含量之间的联系定值，不随初始成分变化！–比较不同温度下的固液两相的溶质平衡浓度之比是否变化？变化•引入课题——凝固过程的溶质平衡分配第1课时3§§1.4凝固过程的凝固过程的溶质再分配溶质再分配思考几个问题•为什么出现偏析现象，是必然还是偶然？•用什么量描述偏析倾向大小？•如何根据热力学数据计算或确定偏析倾向？•哪些因素影响偏析倾向？4自学P66-72，20分钟•着重理解下列概念–溶质平衡分配系数：定义式、理论计算式–溶质平衡分配系数与液相线斜率之间的关系–压力和曲率对溶质平衡分配系数的影响作用5§§1.4凝固过程的凝固过程的溶质再分配溶质再分配——总结总结•溶质平衡分配系数的概念溶质平衡分配系数的概念 –恒温条件下固相溶质浓度与液相溶质浓度达到平衡时的比值 6§§1.4凝固过程的凝固过程的溶质再分配溶质再分配——总结总结•溶质平衡分配系数的计算溶质平衡分配系数的计算–二元合金溶质平衡分配系数的热力学计算公式 曲率对溶质平衡分配系数的影曲率对溶质平衡分配系数的影响响7曲率越大，曲率越大，平衡分配平衡分配系数越大系数越大（越接近（越接近1），），溶质富集溶质富集现象越轻！现象越轻！压力对压力对C0的影响的影响8压力超过压力超过100个大气个大气压，才对压，才对平衡分配平衡分配系数产生系数产生影响！影响！9§§1.4凝固过程的凝固过程的溶质再分配溶质再分配——总结总结•溶质平衡分配系数的影响因素溶质平衡分配系数的影响因素–界面曲率对溶质平衡分配系数的影响 –压力对对溶质平衡分配系数的影响 10§§1.4凝固过程的凝固过程的溶质再分配溶质再分配——总结总结•压力和界面曲率对液相线斜率的影响 界面曲率的影响 压力的影响 11K0<1练习：填写相区，写出平衡分配系数表达式，判断k0值。

12K0>1练习：判断该合金属于哪种合金（k0大于1，还是小于1？）AB1314练习总结•溶质平衡分配系数的值与相图的联系•Ko 小于1——共晶反应、固熔体•随着溶质含量提高，凝固平衡温度降低——绝大多数如此•数值越小，固相线和液相线的斜率差越大•Ko 大于1——特殊包晶反应•随着溶质含量提高，凝固平衡温度提高•数值越大，固相线和液相线的斜率差越大，结晶温度范围越大•过共晶合金的Ko 如何计算？溶质！均为小于115练习•试根据溶质平衡分配系数画出凝固体系的溶质分布图CLCS固液界面液相区固相区16界面成分与界面溶质界面成分与界面溶质分配系数分配系数第2课时17问题1：•具体凝固条件下固液界面上液相成分和固相成分究竟是多少？l根据L、S的G-X 曲线利用公切线法可以确定平衡凝固条件下的液相成分和固相成分l根据液相G-X曲线的切线与固相G-X线的交点确定可能的固相成分范围（两交点间）18SLCs（eq）CL（eq）C（To）Cs1Cs2Cs1C0GsGLGCs1C,%19问题2：•什么条件下固相成分等于合金的原始成分？（稳定态凝固）l条件1：固相成分可能范围必须包含C0如果与成分为C0的液相共存的固相可能的成分范围包括原始成分C0 ，则固相成分等于合金的原始成分是可能的。

如果与成分为C0的液相共存的固相可能的成分范围不包括原始成分C0 ，则固相成分不可能等于合金的原始成分l条件2：C0成分的固相G必须低于平衡成分CS(eq)对应的G否则会趋向熔化l条件3：温度低于固相线温度20问题3•发生稳定态凝固的条件是什么？–合金成分范围？–凝固温度范围？TLT0TSC,%T从相图上画从相图上画出其区域？出其区域？21讨论•2、图2-25的意义SLCs（eq）CL（eq）C（To）可能的固相成分范围2223•什么情况下界面的固相成分可能与液相成分相同？–To温度下凝固——无扩散凝固24讨论•何谓稳态凝固？–固相成分等于合金原始成分–无偏析！–当出现扰动时，能够恢复到原来状态即C0处的吉布斯自由能最小•稳态凝固的条件：–图2-28、2-29、2-30，2-31–在极慢或极快的凝固条件下都可以获得25262728讨论•非平衡凝固时界面上固液两相的成分的关系如何描述？–界面溶质分配系数–与平衡分配系数的关系v为分子或原子扩散速度为一个与溶质浓度无关的常数 29讨论与总结•界面溶质分配系数的影响因素–晶体的长大速度f–分子的扩散速度v–平衡分配系数k0–分子的解离系数•界面溶质分配系数的实验测定–定向凝固淬火法3031课外练习课外练习P78 •习题 2.8• 习题2.9。

补充说明：反应系数即解离常数与扩散速度的乘积•补充题：试画图说明平衡凝固、快速凝固（非平衡凝固）和近平衡凝固的固液界面附近的溶质分布规律32凝固热力学小结•液态金属的结构和遗传性•凝固的驱动力和平衡温度•三种凝固类别条件下的溶质再分配–平衡凝固:界面和相内的扩散均达到平衡，溶质平衡分配k0–非平衡凝固：界面和相内的扩散均达不到平衡，界面溶质分配系数k*–近平衡凝固：界面上扩散达到了平衡，相内未达到平衡，溶质有效分配系数。