金属(jīnshǔ)凝固原理第形核凝固是物质由液相转变为固相的过程，是液态成形技术的核心问题，也是材料研究和新材料开发领域共同关注的问题。严格地说，凝固包括：（1）由液体向晶态固体转变（结晶）（2）由液体向非晶态固体转变（玻璃化转变）常用工业合金或金属的凝固过程一般只涉及前者(qiánzhě)，本章主要讨论结晶过程的形核及晶体生长热力学与动力学。凝固过程包括(bāokuò)：形核过程和晶体长大过程。凝固后的宏观组织由晶粒和晶界组成§3-1凝固的基本(jīběn)热力学条件一、液-固相变驱动力二、大量形核的过冷度（）一、液-固相变驱动力Tm及ΔHm对一特定金属或合金(héjīn)为定值，所以过冷度ΔT是影响相变驱动力的决定因素。过冷度ΔT越大，凝固相变驱动力ΔGV越大。二、大量(dàliàng)形核的过冷度（）小结：过冷引起液-固体(gùtǐ)积自由能之差是凝固（形核）的基本热力学条件（必要条件）大量形核的过冷度（）是完成形核过程的充分条件。§3-2均质形核一、均质形核的热力学条件(tiáojiàn)二、均质形核动力学三、均质形核的局限性一、均质形核的热力学条件(tiáojiàn)（过程进行的条件(tiáojiàn)）令：得临界(línjiè)晶核半径r*：r*与ΔT成反比，即过冷度ΔT越大，r*越小；ΔG*与ΔT2成反比，过冷度ΔT越大，ΔG*越小。临界(línjiè)晶核的表面能为：二、均质形核动力学（过程(guòchéng)进行的速度）三、均质形核理论的局限性均质形核是对理想纯金属而言的，其过冷度很大，如纯液态铁的△T=1590X0.2=318℃。这比实际液态金属凝固时的过冷度大多(dàduō)了。实际上金属结晶时的过冷度一般为几分之一摄氏度到十几摄氏度。这说明了均质形核理论的局限性。因实际的液态金属(合金)，都会含有多种固体夹杂物。同时其中还含有同质的原子集团。某些固体夹杂物和这些同质的原子集团即可作为凝固核心。固体夹杂物和固体原子集团对于液态金属而言为异质，因此，实际的液态金属(合金)在凝固过程中多为异质形核。虽然实际生产中几乎不存在均质形核，但其原理仍是液态金属(合金)凝固过程中形核理论的基础。其他的形核理论也是在它的基础上发展起来的。§3-3异质(yìzhì)形核（非均质形核）一、异质形核的热力学条件如果液相中存在(cúnzài)固相质点，且液相又能润湿质表面，则液体能在固相质点表面形成新相晶核。设生核衬底的质点表面为一平面，在其上生成一球冠的新相（见右图）。则系统自由能的变化为：得到类似于均质形核的系统自由能变化曲线（见下图），曲线有一最大值，该值对应的半径用表示，称为(chēnɡwéi)异质形核的临界晶核半径。令，得异质形核的临界(línjiè)晶核半径：同理可推导(tuīdǎo)得异质形核的形核功：小结：异质形核与均质形核相比(xiānꞬbǐ)，其特点是：·形核过冷度小·形核功小二、异质(yìzhì)形核的机理（异质(yìzhì)形核的条件）进一步研究细化后引入界面共格对应原则：·界面共格对应原则：固相杂质表面的原子排列规律和原子（晶粒细化剂的选择原则）间距与新相晶核相近。·界面共格对应原则的两种情况(qíngkuàng)：（1）晶格类型相同，原子间距相近或成比例相近（尺寸原则）例1：Cu合金(héjīn)中加入Fe()例2：Mg合金(héjīn)中加入Zr（0.6~1.0%）两者均为六方晶格（2）晶格类型不同(bùtónꞬ)，但某一晶面之间存在共格对应例如：Al合金中加入Ti（0.2~0.3%）//小结：界面共格对应(duìyìng)原则的实质：增大固、液两相界面附着力，减小异质形核的形核功，使固相质点成为异质形核的有效衬底。2.固相杂质表面的粗糙度杂质表面的粗糙度对非均质形核的影响(yǐngxiǎng)凹面杂质形核效率最高，平面次之，凸面最差。三、异质(yìzhì)形核动力学第3章作业：1.均质形核和异质形核的临界晶核半径都是，两者区别何在？异质形核与均质形核相比，其特点是什么？2.界面共格对应原则的实质是什么？举例(jǔlì)说明此原则的应用。感谢您的观看(guānkàn)！内容(nèiróng)总结