7.均勻形核形核率.doc

形核率形核率：形核率是指在單位時(shí)間單位體積液相中形成的晶核數(shù)目 ，以表示，單位為形核率對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)十分重要形核率對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)十分重要，形核率高意味著單位體積內(nèi)的晶核數(shù)目多，結(jié)晶后可以獲得細(xì)小晶粒的金屬材料，這種金屬材料不但強(qiáng)度高，塑性、韌性也好。形核率受兩個(gè)方面因素的控制：1. 一方面是隨著過(guò)冷度的增加，品核的臨界半徑和形核功都隨之減小，結(jié)果使晶核易于形成，形核率增加；2. 另一方面，無(wú)論是臨界晶核的形成，還是臨界品核的長(zhǎng)大，都必須伴隨著液態(tài)原子向晶核的擴(kuò)散遷移，沒(méi)有液態(tài)原子向晶核上的遷移，臨界晶核就不可能形成，即使形成了也不可能長(zhǎng)大成為穩(wěn)定晶核。但是增加液態(tài)金屬的過(guò)冷度，就勢(shì)必降低原子的擴(kuò)散能力，結(jié)果給形核造成困難，使形核率減少。3. 這一對(duì)相互矛盾的因素決定了形核率的大小因此形核率可用下式表示式中，為受形核功影響的形核率因子，為受原子擴(kuò)散能力影響的形核率因子，形核率則是以上兩者的綜合。圖2.12 為和與溫度關(guān)系的示意圖l 由于主要受形核功的控制，而形核功與過(guò)冷度的平方成反比，過(guò)冷度越大，則形核功越小，因而形核率增加， 故隨過(guò)冷度的增加，也即溫度的降低而增大。l 主要取決于原子的擴(kuò)散能力，溫度越髙，過(guò)冷度越小，則原子的擴(kuò)散能力越大，因而越大。l 在由兩者綜合而成的形核率的曲線上出現(xiàn)了極大值l 從該曲線可以看出，開(kāi)始時(shí)形核率隨過(guò)冷度的增加而增大，當(dāng)超過(guò)極大值之后，形核率又隨過(guò)冷度的增加而減小，當(dāng)過(guò)冷度非常大時(shí)，形核率接近于零。l 這是因?yàn)閚 溫度較高、過(guò)冷度較小時(shí)，原子有足夠髙的擴(kuò)散能量，此時(shí)的形核率主要受形核功的影響，過(guò)冷度增加，形核功減少，晶核易于形成，因而形核率增大；n 但當(dāng)過(guò)冷度很大（超過(guò)極大值后）時(shí)，矛盾發(fā)生轉(zhuǎn)化，原子的擴(kuò)散能力轉(zhuǎn)而起主導(dǎo)作用，所以盡管隨著過(guò)冷度的增加，形核功進(jìn)一步減少，但原子擴(kuò)散越來(lái)越困難，形核率反而明顯降低了。對(duì)于純金屬而言其均勻形核的形核率與過(guò)冷度的關(guān)系如圖2-12 b所示，1. 這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，在到達(dá)一定的過(guò)冷度之前，液態(tài)金屬中基本不形核，一旦溫度降至某一溫度時(shí)，形核率急劇增加，一般將這一溫度稱為有效形核溫度。2. 由于一般金屬的晶體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，從固態(tài)到液態(tài)的原子重構(gòu)比較容易實(shí)現(xiàn)，凝固傾向十分強(qiáng)烈，形核率在到達(dá)曲線的極大值之前即已凝固完畢，看不到曲線的下降部分。非晶態(tài)金屬或金屬玻璃：如果采用極快速的冷卻技術(shù)，例如使冷卻速度大于，那么就可使液態(tài)金屬過(guò)冷至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其極大值，到達(dá)形核率為零的溫度，這時(shí)的液態(tài)金屬?zèng)]有形核即凝固成固體，它的原子排列狀況與液態(tài)金屬相似，這種材料稱為非晶態(tài)金屬，又稱金屬玻璃。金屬玻璃的性