Hm T

Tm

GV

再结合（3-6）式来看，

m（其中：ΔHm —熔化潜热， ΔT —过冷度）

由于对某一特定金属或合金而言，Tm及ΔHm均为定值， 所以过冷度ΔT是影响凝固相变驱动力ΔG的决定因素 。

( T T)

怎样理解溶质平衡分配系数K0的物理意义及热力学意义？

答：（1）K0的物理意义如下：

溶质平衡分配系数K0定义为：特定温度T*下固相合金

成分浓度C 与液相合金成分浓度C衡时的比值： C

S

S L

达到平

CL

K0 =

K0＜1时，固相线、液相线构成的张角朝下，K0越小，

固相线、液相线张开程度越大，开始结晶时与终了结晶时的固相成分差别越大，最终凝固组织的成分偏析越严重。

K0＞1时，固相线、液相线构成的张角朝上，K0越大，

固相线、液相线张开程度越大，开始结晶时与终了结晶时的固相成分差别越大，最终凝固组织的成分偏析越严重。

（2）K0的热力学意义如下：

根据相平衡热力学条件，平衡时溶质在固相及液相中化

学位相等

i(T) i(T)

LS

K

CS

**

经推导

fi fi 1,

L

S

CL

fifi

LS

expCS

**

oi(T) oi(T)

RT

L

LS

]

（1）

S

K0

稀溶液时，于是有： （2）

由（1）及（2）式可知溶质平衡分配系数主要取决于溶质在液、固两相中的标准化学位，对于实际合金，还受溶质

在液、固两相中的活度系数中化学位相等，即

Li

CL

exp[

oi(T) oi(T)

RT

]

f

影响。平衡时溶质在固相和液相

S

(T) i(T)

。当平衡被打破时，

。欲达到新平衡，只有通过溶质扩散改变

液固两相溶质组元活度，从而建立新的平衡，使

(T) (T) i(T) i(T)

L

S

LiSi

。

3．结合图3-3及图3－4解释临界晶核半径r*和形

核功ΔG*的意义，以及为什么形核要有一定过冷度。

答：（1）临界晶核半径r*的意义如下： r＜r*时，产生的晶核极不稳定，随即消散；

r =r*时，产生的晶核处于介稳状态，既可消散也可生长； r＞r*时，不稳定的晶胚转化为稳定晶核，开始大量形核。

故r*表示原先不稳定的晶胚转变为稳定晶核的临界尺寸。 临界形核功ΔG*的意义如下：

表示形核过程系统需克服的能量障碍，即形核“能垒”。只有当ΔG≥ΔG*时，液相才开始形核。

r

图3-4 液态金属r°、r*与T的关系及临界过冷度ΔT *

（2）形核必须要有一定过冷度的原因如下： 由形核功的公式：

G

16 3

SL

3

VSTm

H T

m

（均质形核）

2

16

G

he

3LS

=

对某种晶体而言，VS、

SL、 Hm、Tm

均为定值，ΔG*∝ΔT－2，过冷度ΔT 越小，形核功ΔG*越大，ΔT→0时，ΔG*→∞，这表明过冷度很小时难以形核，

所以物质凝固形核必须要有一定过冷度。

3

Tm VS

T H

m

2 3cos cos3 4 （非均质形核）

4．比较式（3-14）与式（3-18）、式（3-15）与式（3-19），说明为什么异质形核比均质

形核容易，以及影响异质形核的基本因素和其它条件。

rho

答：

2 SLVS2 SLVSTm

2 SLVS GV

2 SL Vs Tm Hm T

（3-14）

rhe*=

GV

Hm T

（3-18）

Gho

16

VSTm

3 SL H T3m

3LS

（3-15） 2 3cos cos3 4 (3-19)

2

2

Ghe

*

16

3

Tm VS

T H

m

（1）异质形核比均质形核容易的原因如下：

首先，从（3-14）式和(3-18)式可以看出：

非均质形核时的球缺的临界曲率半径与均质形核时的相同，但新生固相的球缺实际体积却比均质形核时的晶核体积

小得多 ，所以，从本质上说，液体中晶胚附在适当的基底界面上形核，体积比均质临界晶核体积小得多时便可达到临界晶核半径 。

再从（3-15）式和(3-19)式可以看出： ΔGhe

14

(2 3cos cos ) Gho

3

3 2 3cos cos

令

f

he

4

，其数值在0~1之间变化

则 ΔG

f( ) Gho

显然接触角 大小(晶体与杂质基底相互润湿程度)影响非均质形核的难易程度。

由于通常情况下，接触角 远小于180o，所以，非均质形核功ΔGhe远小于均质形核功ΔGho ，非均质形核过冷度ΔT*比均质形核的要小得多。

综合上述几方面原因，所以异质形核比均质形核容易得多。

(2)影响异质形核的基本因素如下：

首先，非均质形核必须满足在液相中分布有一些杂质颗粒或铸型表面来提供形核基底。其次，接触角 180°， 因为当 180°时，=ΔGho*，此时非均质形核不起作用。 影响异质形核的其它条件：

a.基底晶体与结晶相的晶格错配度的影响。

ac aN

aN

100%

Ghe

*

（aN —结晶相点阵间隔，aC —杂质点阵间隔）

错配度δ越小，共格情况越好，界面张力σSC越小，越容易进行非均质形核。 b.过冷度的影 …… 此处隐藏：1190字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……