液態(tài)成形復(fù)習(xí)

1、液態(tài)成形復(fù)習(xí)資料第一章1.凝固成形： 熔煉金屬，并將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，凝固成為一定形狀和性能的鑄件。2.凝固成形： 熔煉金屬，并將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，凝固成為一定形狀和性能的鑄件。3.按液體的構(gòu)成類(lèi)型，可分為：· 原子 液體（如液態(tài)金屬、液化惰性氣體）· 分子 液體（如極性與非極性分子液體）· 離子 液體（如各種簡(jiǎn)單的及復(fù)雜的熔鹽）4.液體 具有流動(dòng)性 （液體最顯著的性質(zhì)）；可完全占據(jù)容器的空間并取得容器內(nèi)腔的形狀 ； （類(lèi)似于氣體，不同于固體） 不能夠象固體那樣承受剪切應(yīng)力，表明液體的原子或分子之間的結(jié)合力沒(méi)有固體中強(qiáng) ；類(lèi)似于

2、氣體，不同于固體） 具有自由表面 （類(lèi)似于固體，不同于氣體）；液體可壓縮性很低 （類(lèi)似于固體，不同于氣體5. 物理性質(zhì)：密度、粘度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和擴(kuò)散系數(shù)等；物理化學(xué)性質(zhì)：等壓熱容、等容熱容、熔化和氣化潛熱、表面張力等；熱力學(xué)性質(zhì)：蒸汽壓、膨脹和壓縮系數(shù)及其它6.液體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與材料成型的關(guān)系· 液體的界面張力、潛熱等性質(zhì) 凝固過(guò)程的形核及晶體生長(zhǎng)的熱力學(xué)· 熔體的結(jié)構(gòu)信息 凝固的微觀機(jī)制 · 液體的原子擴(kuò)散系數(shù)、界面張力、傳熱系數(shù)、結(jié)晶潛熱、粘度等性質(zhì) 成分偏析、固-液界面類(lèi)型及晶體生長(zhǎng)方式 · 熱力學(xué)性質(zhì)及反應(yīng)物和生成物在液相中的擴(kuò)散速度 鑄造合

3、金及焊接熔池的精煉7. 晶體： 平移、對(duì)稱性特征（長(zhǎng)程有序） 原子以一定方式周期排列在三維空間的晶格結(jié)點(diǎn)上，同時(shí)原子以某種模式在平衡位置上作熱振動(dòng) 氣體： 完全無(wú)序?yàn)樘卣?分子不停地作無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)· 液體： 長(zhǎng) 程 無(wú) 序 不具備平移、對(duì)稱性； 近 程 有 序 相對(duì)于完全無(wú)序的氣體，液體中存在著許多不停“游蕩”著的局域有序的原子集團(tuán)，液體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出局域范圍的有序性8. 物質(zhì)熔化時(shí)體積變化熵變(及焓變)一般均不大（見(jiàn)表1-1），金屬熔化時(shí)典型的體積變化Vm/VS（Vm為熔化時(shí)的體積增量）為3%左右，表明液體的原子間距接近于固體，在熔點(diǎn)附近其混亂度只是稍大于固體而遠(yuǎn)小于氣體的混亂度。 金屬

4、熔化潛熱Hm比其氣化潛熱Hb小得多（表1-2），為1/151/30，表明熔化時(shí)其內(nèi)部原子結(jié)合鍵只有部分被破壞9. 液體的缺陷模型與幾乎與每一種固體金屬的晶體缺陷相對(duì)應(yīng)，諸如點(diǎn)陣空位、位錯(cuò)和晶界等模型位錯(cuò)模型： 液態(tài)金屬可以看成是一種被位錯(cuò)芯嚴(yán)重破壞的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。在特定的溫度以上，在低溫條件下不含位錯(cuò)的固體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)由于高密度位錯(cuò)的突然出現(xiàn)而變成液體。 10. 實(shí)際液態(tài)金屬的微觀特點(diǎn)· “能量起伏” · “結(jié)構(gòu)起伏”液體中大量不停“游動(dòng)”著的局域有序原子團(tuán)簇時(shí)聚時(shí)散、此起彼伏 “濃度起伏” 同種元素及不同元素之間的原子間結(jié)合力存在差別，結(jié)合力較強(qiáng)的原子容易聚集在一起，把別的原于排

5、擠到別處，表現(xiàn)為游動(dòng)原子團(tuán)簇之間存在著成分差異 。11. 粘度的影響因素與 溫度T 的關(guān)系受兩方面（正比的線性關(guān)系和負(fù)的指數(shù)關(guān)系）所共同制約，通常，總的趨勢(shì)隨溫度T而下降合金組元（或微量元素）對(duì)合金液粘度的影響表面活性元素（如向Al-Si合金中添加的變質(zhì)元素Na）使液體粘度降低，非表面活性雜質(zhì)的存在使粘度提高。 12. 運(yùn)動(dòng)學(xué)粘度 適用于較大外力作用下的水力學(xué)流動(dòng)動(dòng)力學(xué)粘度 在外力作用非常小的情況下適用13. 流態(tài)對(duì)流動(dòng)阻力的影響根據(jù)流體力學(xué)：當(dāng)雷諾數(shù)Re2300時(shí)為紊流，Re2300時(shí)為層流顯然，粘度大的液體流動(dòng)阻力大，在管道中輸送相同體積的液體所消耗的能量就愈大，充型所需壓力差也就愈大14

6、. 粘度對(duì)成形質(zhì)量的影響· 影響鑄件輪廓的清晰程度。在薄壁鑄件的鑄造過(guò)程中，流動(dòng)管道直徑較小，雷諾數(shù)值小，流動(dòng)性質(zhì)屬于層流。此時(shí)，為降低液體的粘度應(yīng)適當(dāng)提高過(guò)熱度或者加入表面活性物質(zhì)等。· 影響熱裂、縮孔、縮松的形成傾向。由于凝固收縮形成壓力差而造成的自然對(duì)流均屬于層流性質(zhì)，此時(shí)粘度對(duì)流動(dòng)的影響就會(huì)直接影響到鑄件的質(zhì)量· 影響鋼鐵材料的脫硫、脫磷、擴(kuò)散脫氧。在鑄造合金熔煉及焊接過(guò)程中，這些冶金化學(xué)反應(yīng)均是在金屬液與熔渣的界面進(jìn)行的，金屬液中的雜質(zhì)元素及熔渣中反應(yīng)物要不斷地向界面擴(kuò)散，同時(shí)界面上的反應(yīng)產(chǎn)物也需離開(kāi)界面向熔渣內(nèi)擴(kuò)散。這些反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)（反應(yīng)速度和可進(jìn)

7、行到何種程度）受到反應(yīng)物及生成物在金屬液和熔渣中的擴(kuò)散速度的影響，金屬液和熔渣的動(dòng)力學(xué)粘度低則有利于擴(kuò)散的進(jìn)行，從而有利于脫去金屬中的雜質(zhì)元素· 影響精煉效果及夾雜或氣孔的形成。粘度較大時(shí)，夾雜或氣泡上浮速度較小，影響精煉效果；鑄件及焊縫的凝固中，夾雜物和氣泡難以上浮排除，易形成夾雜或氣孔熔渣及金屬液粘度降低對(duì)焊縫的合金過(guò)渡有利。在焊縫金屬的合金化方法中，通過(guò)含有合金元素的焊劑、藥皮或藥芯進(jìn)行合金過(guò)渡是較為常用的方法。這類(lèi)方法的合金過(guò)渡主要是在金屬液與熔渣的界面上進(jìn)行的。熔渣及金屬液粘度降低，進(jìn)入熔渣中的合金元素易擴(kuò)散到熔渣-熔池金屬界面上，向熔池金屬內(nèi)部擴(kuò)散15. 表面張力及其產(chǎn)生

8、的原因· 表面張力是表面上平行于表面切線方向且各方向大小相等的張力。· 表面張力是由于物體在表面上的質(zhì)點(diǎn)受力不均所造成。由于液體或固體的表面原子受內(nèi)部的作用力較大，而朝著氣體的方向受力較小，這種受力不均引起表面原子的勢(shì)能比內(nèi)部原子的勢(shì)能高。因此，物體傾向于減小其表面積而產(chǎn)生表面張力。16. 表面自由能與表面張力的關(guān)系表面自由能（表面能）：系統(tǒng)為產(chǎn)生新的單位面積表面時(shí)的自由能增量。 表面能及表面張力從不同角度描述同一表面現(xiàn)象。雖然表面張力與表面自由能是不同的物理概念，但都以（或）表示，其大小完全相同，單位也可以互換，通常表面張力的單位為力/距離（如N/m、dyn/cm），表面

9、能的單位為能量/面積（如J/m2、erg/cm2等）17表面與界面表面與界面的差別在于后者泛指兩相之間的交界面，而前者特指液體（或固體）與氣體之間的交界面，但更嚴(yán)格說(shuō)，應(yīng)該是指液體或固體與其蒸汽的界面。廣義上說(shuō)，物體（液體或固體）與氣相之間的界面能和界面張力等于物體的表面能和表面張力。18影響表面張力的因素1）表面張力與原子間作用力的關(guān)系：原子間結(jié)合力u0表面內(nèi)能表面自由能表面張力 2）表面張力與原子體積（3）成反比，與價(jià)電子數(shù)Z成正比3）表面張力與溫度：隨溫度升高而下降 4）合金元素或微量雜質(zhì)元素對(duì)表面張力的影響 向系統(tǒng)中加入削弱原子間結(jié)合力的組元，會(huì)使u0減小，使表面內(nèi)能和表面張力降低。

10、表面張力與粘度的影響因素大體是相同的。19表面張力在材料成形生產(chǎn)技術(shù)中的意義 表面張力在大體積系統(tǒng)中顯示不出它的作用，但在微小體積系統(tǒng)會(huì)顯示很大的作用· 界面張力與潤(rùn)濕角 。 接觸的兩相質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力越大，界面張力（界面能）就越小，兩相間的界面張力越小時(shí)，潤(rùn)濕角越小，稱之為潤(rùn)濕性好。 液態(tài)金屬凝固時(shí)析出的固相與液相的界面能越小，形核率越高。熔渣與液態(tài)金屬之間的潤(rùn)濕性將影響熔渣對(duì)金屬的保護(hù)效果與焊縫外觀成形· 表面張力引起的曲面兩側(cè)壓力差 。液相為凸面時(shí)（金屬液滴），液滴內(nèi)部壓力大于外部壓力：p1p2液相為凹面時(shí)（液相中有氣泡），氣泡內(nèi)部壓力小于外部壓力：p1p2·

11、液膜拉斷臨界力及表面張力對(duì)凝固熱裂的影響（液膜理論） 。當(dāng) r = T/2 時(shí)，fmax =p達(dá)臨界值，如果繼續(xù)將液膜拉開(kāi)，則曲率半徑 r 將再度變大，而應(yīng)力p 將要變小。在這種情況下，凝固收縮引起的拉應(yīng)力將大于由表面張力所產(chǎn)生的應(yīng)力，使液膜兩側(cè)的固體急劇分離。液膜的表面張力越大，液膜越薄，則液膜的拉斷臨界應(yīng)力fmax越大，裂紋越難形成。20.第一種情況：凝固的早期，或者靠近液體的兩相區(qū)內(nèi)，液膜與大量未凝固的液體相通，此時(shí)液膜兩側(cè)的固體枝晶拉開(kāi)多少，液體補(bǔ)充進(jìn)去多少，因此不會(huì)產(chǎn)生熱裂。第二種情況：液膜已經(jīng)與液體區(qū)隔絕，但是由于低熔點(diǎn)物質(zhì)的大量存在（如鋼中的硫共晶），形成大的液膜厚度和低的表面張

12、力，將使液膜的最大斷裂應(yīng)力 fmax 減小，且熔點(diǎn)低而凝固速度較慢，這樣，厚的液膜將會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地保持下去，在此期間，如果有大的拉伸速度，則往往要產(chǎn)生熱裂。第三種情況：液膜雖已與液體區(qū)隔絕，但由于液膜中低熔點(diǎn)雜質(zhì)較少，其表面張力較高，熔點(diǎn)也相應(yīng)較高而凝固速度較快，液膜迅速變薄，此時(shí)如果液膜兩側(cè)的固體枝晶受到拉力，將會(huì)遇到大的 f max 的抗力，這種抗力將使高溫固體內(nèi)部產(chǎn)生蠕變變形，從而避免了熱裂的產(chǎn)生21. 液態(tài)金屬充型能力· 液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，即液態(tài)金屬充填鑄型的能力，是設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的重要依據(jù)之一； 充型能力弱，則可能產(chǎn)生澆不足、冷隔、砂眼、鐵

13、豆、抬箱，以及卷入性氣孔、夾砂等缺陷。 液態(tài)金屬的充型能力取決于：內(nèi)因 金屬本身的流動(dòng)性外因 鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是各種因素的綜合反映22. 影響充型能力的因素1. 金屬性質(zhì)方面的因素（流動(dòng)性的高低）。合金液的比熱、密度越大，導(dǎo)熱系數(shù)越小, 充型能力越好；合金液的粘度，在充型過(guò)程前期（屬紊流）對(duì)流動(dòng)性的影響較小，而在充型過(guò)程后期凝固中（屬層流）對(duì)流動(dòng)性影響較大。2. 鑄型性質(zhì)方面的因素 。b2越大，鑄型的激冷能力就越強(qiáng)，金屬液于其中保持液態(tài)的時(shí)間就越短，充型能力下降。 3. 澆注條件方面的因素 。澆注溫度越高、充型壓頭越大，則液態(tài)金屬的充型能力越好；澆注系統(tǒng)（直澆道、橫澆

14、道、內(nèi)澆道）的復(fù)雜程度，鑄件的壁厚與復(fù)雜程度等也會(huì)影響液態(tài)金屬的充型能力。第二章1、等溫面：空間具有相同溫度點(diǎn)的組合面。等溫線：某個(gè)特殊平面與等溫面相截的交線。溫度梯度：對(duì)于一定溫度場(chǎng)，沿等溫面或等溫線某法線方向的溫度變化率。溫度梯度越大，圖形上反映為等溫面（或等溫線）越密集。2、對(duì)具體熱場(chǎng)用上述微分方程進(jìn)行求解時(shí)，需要根據(jù)具體問(wèn)題給出導(dǎo)熱體的初始條件與邊界條件。初始條件：初始條件是指物體開(kāi)始導(dǎo)熱時(shí)（即t = 0 時(shí)）的瞬時(shí)溫度分布。· 邊界條件：邊界條件是指導(dǎo)熱體表面與周?chē)橘|(zhì)間的熱交換情況。3、常見(jiàn)的邊界條件有以下三類(lèi)：第一類(lèi)邊界條件：給定物體表面溫度隨時(shí)間的變化關(guān)系第二類(lèi)邊界條

15、件：給出通過(guò)物體表面的比熱流隨時(shí)間的變化關(guān)系第三類(lèi)邊界條件：給出物體周?chē)橘|(zhì)溫度以及物體表面與周?chē)橘|(zhì)的換熱系數(shù)上述三類(lèi)邊界條件中，以第三類(lèi)邊界條件最為常見(jiàn)。邊界條件：邊界條件是指導(dǎo)熱體表面與周?chē)橘|(zhì)間的熱交換情況。4、溫度場(chǎng)的解析解法· 解析方法是直接應(yīng)用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)理論和定律去推導(dǎo)和演繹數(shù)學(xué)方程（或模型），得到用函數(shù)形式表示的解，也就是解析解。· 優(yōu)點(diǎn)：是物理概念及邏輯推理清楚，解的函數(shù)表達(dá)式能夠清楚地表達(dá)溫度場(chǎng)的各種影響因素，有利于直觀分析各參數(shù)變化對(duì)溫度高低的影響。· 缺點(diǎn)：通常需要采用多種簡(jiǎn)化假設(shè)，而這些假設(shè)往往并不適合實(shí)際情況，這就使解的精確程度受到不同

16、程度的影響。目前，只有簡(jiǎn)單的一維溫度場(chǎng)（“半無(wú)限大”平板、圓柱體、球體）才可能獲得解析解。5、半無(wú)限大平板鑄件凝固過(guò)程的一維不穩(wěn)定溫度場(chǎng)（1）凝固過(guò)程的初始狀態(tài)為：鑄件與鑄型內(nèi)部分別為均溫，鑄件起始溫度為澆鑄溫度，鑄型的起始溫度為環(huán)境溫度或鑄型預(yù)熱溫度；（2）鑄件金屬的凝固溫度區(qū)間很小，可忽略不計(jì)；（3）不考慮凝固過(guò)程中結(jié)晶潛熱的釋放；（4）鑄件的熱物理參數(shù)與鑄型的熱物理參數(shù)不隨溫度變化；（5）鑄件與鑄型緊密接觸，無(wú)界面熱阻，即鑄件與鑄型在界面處等溫Ti。· 6、從傳熱學(xué)角度來(lái)說(shuō)，模數(shù)代表著鑄件熱容量與散熱表面積之間的比值關(guān)系，凝固時(shí)間隨模數(shù)增大而延長(zhǎng)。對(duì)于形狀復(fù)雜的鑄件，其體積與表

17、面積的計(jì)算都是比較麻煩的，這時(shí)可將復(fù)雜鑄件的各部分看作是形狀簡(jiǎn)單的平板、圓柱體、球、長(zhǎng)方體等單元體的組合，分別計(jì)算出各單元體的模數(shù)，但各單元體的結(jié)合面不計(jì)入散熱面積中。一般情況下，模數(shù)最大的單元體的凝固時(shí)間即為鑄件的凝固時(shí)間。7、熱阻來(lái)源：界面局部接觸，有間隙鑄型型腔內(nèi)表面常存在涂料實(shí)際界面接觸狀況與涂料狀況對(duì)界面熱阻大小有重要影響。· 8、根據(jù)鑄件、鑄型的熱物理性能與界面狀況，鑄件凝固過(guò)程溫度場(chǎng)的分布特點(diǎn)可分為四種情況來(lái)討論： 1. 金屬鑄件與絕熱型鑄型 2. 界面熱阻較大的金屬鑄型 3. 界面熱阻很小的金屬鑄型 4. 非金屬鑄件與金屬鑄型· 9、根據(jù)固液兩相區(qū)的寬度，可

18、將凝固過(guò)程分為逐層凝固方式與體積凝固方式（或糊狀凝固方式）。· 當(dāng)固液兩相區(qū)很窄時(shí)稱為逐層凝固方式，反之為糊狀凝固方式，固液兩相區(qū)寬度介于兩者之間的稱為“中間凝固方式”。鑄件凝固方式對(duì)凝固液相的補(bǔ)縮能力影響很大，從而影響最終鑄件的致密性和熱裂紋產(chǎn)生幾率· 10、鑄型型腔內(nèi)各個(gè)部位的凝固狀況的動(dòng)態(tài)變化，可通過(guò)在澆注前在鑄型型腔內(nèi)預(yù)置測(cè)溫?zé)犭娕?，?lái)記錄凝固過(guò)程中各點(diǎn)的溫度變化，從而可以繪制出各個(gè)瞬間鑄型內(nèi)的凝固狀況。所得圖形稱為鑄件動(dòng)態(tài)凝固曲線。· 可以根據(jù)“液相邊界”與“固相邊界”之間的橫向距離直觀地得出鑄件內(nèi)各部位的開(kāi)始凝固時(shí)刻與凝固結(jié)束時(shí)刻，也可以根據(jù)“液相邊界

19、”與“固相邊界”之間的縱向距離得出凝固過(guò)程中的任一時(shí)刻鑄件斷面上已凝固固相區(qū)、固液兩相區(qū)和尚未凝固的液相區(qū)的寬度。11、焊接溫度場(chǎng)的一般特征· 移動(dòng)熱源焊接過(guò)程中，焊件上各點(diǎn)溫度隨時(shí)間及空間而變化（不穩(wěn)定溫度場(chǎng)），但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)（移動(dòng)熱源周?chē)臏囟葓?chǎng)不隨時(shí)間改變）。若建立與熱源移動(dòng)速度相同并取熱源作用點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)的動(dòng)坐標(biāo)系，則動(dòng)坐標(biāo)系中各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而變。12、厚大件對(duì)電弧加熱部位的冷卻作用最強(qiáng)，接頭溫度下降速度最快。其次是薄板，而細(xì)桿的散熱速度最慢。13、溫度梯度G 對(duì)凝固方式的影響:G大 兩相區(qū)窄G小 兩相區(qū)寬14、實(shí)際鑄件凝固中的溫度梯度受很多因素影響,

20、包括鑄型的導(dǎo)熱性能、預(yù)熱溫度、合金的澆注溫度等。第三章1、凝固是物質(zhì)由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟倪^(guò)程，是液態(tài)成形技術(shù)的核心問(wèn)題，也是材料研究和新材料開(kāi)發(fā)領(lǐng)域共同關(guān)注的問(wèn)題。嚴(yán)格地說(shuō)，凝固包括：（1）由液體向晶態(tài)固體轉(zhuǎn)變（結(jié)晶）（2）由液體向非晶態(tài)固體轉(zhuǎn)變（玻璃化轉(zhuǎn)變）常用工業(yè)合金或金屬的凝固過(guò)程一般只涉及前者，本章主要討論結(jié)晶過(guò)程的形核及晶體生長(zhǎng)熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)。· 2、從熱力學(xué)推導(dǎo)系統(tǒng)由液體向固體轉(zhuǎn)變的相變驅(qū)動(dòng)力G由于液相自由能G 隨溫度上升而下降的斜率大于固相G的斜率過(guò)冷度T是影響相變驅(qū)動(dòng)力的決定因素。過(guò)冷度T 越大，凝固相變驅(qū)動(dòng)力GV 越大。3、由于熵恒為正值物質(zhì)自由能G隨溫度上升而下降液

21、相自由能G隨溫度上升而下降的斜率大于固相G的斜率4、由于表面張力的存在，固相曲率k引起固相內(nèi)部壓力增高，這產(chǎn)生附加自由能：欲保持固相穩(wěn)定，必須有一相應(yīng)過(guò)冷度Tr使自由能降低與之平衡（抵消）。5、對(duì)球形顆粒表明：u 固相表面曲率k>0，引起熔點(diǎn)降低。曲率越大（晶粒半徑r越?。?，物質(zhì)熔點(diǎn)溫度越低。u 當(dāng)系統(tǒng)的外界壓力升高時(shí)，物質(zhì)熔點(diǎn)必然隨著升高。當(dāng)系統(tǒng)的壓力高于一個(gè)大氣壓時(shí)，則物質(zhì)熔點(diǎn)將會(huì)比其在正常大氣壓下的熔點(diǎn)要高。通常，壓力改變時(shí)，熔點(diǎn)溫度的改變很小，約為10-2oC/大氣壓。6、 K0 的物理意義：對(duì)于K01，K0越小，固相線、液相線張開(kāi)程度越大，固相成分開(kāi)始結(jié)晶時(shí)與終了結(jié)晶時(shí)差別越大

22、，最終凝固組織的成分偏析越嚴(yán)重。因此，常將1- K0稱為“偏析系數(shù)”· 7、均質(zhì)形核：形核前液相金屬或合金中無(wú)外來(lái)固相質(zhì)點(diǎn)而從液相自身發(fā)生形核的過(guò)程，所以也稱“自發(fā)形核” （實(shí)際生產(chǎn)中均質(zhì)形核是不太可能的，即使是在區(qū)域精煉的條件下，每1cm3的液相中也有約106個(gè)邊長(zhǎng)為103個(gè)原子的立方體的微小雜質(zhì)顆粒）。· 非均質(zhì)形核：依靠外來(lái)質(zhì)點(diǎn)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行生核過(guò)程，亦稱“異質(zhì)形核”或“非自發(fā)形核”。· 7、晶核形成時(shí)，系統(tǒng)自由能變化由兩部分組成，即作為相變驅(qū)動(dòng)力的液-固體積自由能之差（負(fù)）和阻礙相變的液-固界面能（正）：r r*時(shí)，rG r = r*處時(shí)，G達(dá)到

23、最大值G* r r*時(shí)，rG8、臨界形核功G*的大小為臨界晶核表面能的三分之一，它是均質(zhì)形核所必須克服的能量障礙。形核功由熔體中的“能量起伏”提供。因此，過(guò)冷熔體中形成的晶核是“結(jié)構(gòu)起伏”及“能量起伏”的共同產(chǎn)物。9、形核率：是單位體積中、單位時(shí)間內(nèi)形成的晶核數(shù)目對(duì)于一般金屬，溫度降到某一程度，達(dá)到臨界過(guò)冷度（T*），形核率迅速上升。10、合金液體中存在的大量高熔點(diǎn)微小雜質(zhì)，可作為非均質(zhì)形核的基底。晶核依附于夾雜物的界面上形成。這不需要形成類(lèi)似于球體的晶核，只需在界面上形成一定體積的球缺便可成核。非均質(zhì)形核過(guò)冷度T比均質(zhì)形核臨界過(guò)冷度T*小得多時(shí)就大量成核。· 11、非均質(zhì)形核與均質(zhì)

24、形核時(shí)臨界曲率半徑大小相同，但球缺的體積比均質(zhì)形核時(shí)體積小得多。所以，液體中晶坯附在適當(dāng)?shù)幕捉缑嫔闲魏耍w積比均質(zhì)臨界核體積小得多時(shí)，便可達(dá)到臨界曲率半徑，因此在較小的過(guò)冷度下就可以得到較高的形核率。12、非均質(zhì)形核形核條件· 結(jié)晶相的晶格與雜質(zhì)基底晶格的錯(cuò)配度的影響晶格結(jié)構(gòu)越相似，它們之間的界面能越小，越小。· 雜質(zhì)表面的粗糙度對(duì)非均質(zhì)形核的影響凹面雜質(zhì)形核效率最高，平面次之，凸面最差。· 13、粗糙界面：界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置只有約50%被固相原子所占據(jù)，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面結(jié)構(gòu)。粗糙界面也稱“非小晶面”或“非小平面”。· 光滑界面：界面固

25、相一側(cè)的點(diǎn)陣位置幾乎全部為固相原子所占滿，只留下少數(shù)空位或臺(tái)階，從而形成整體上平整光滑的界面結(jié)構(gòu)。光滑界面也稱“小晶面”或“小平面”。· 粗糙界面與光滑界面是在原子尺度上的界面差別，注意要與凝固過(guò)程中固液界面形態(tài)差別相區(qū)別，后者尺度在m 數(shù)量級(jí)。14、如何判斷凝固界面的微觀結(jié)構(gòu)？ 這取決于晶體長(zhǎng)大時(shí)的熱力學(xué)條件。設(shè)晶體內(nèi)部原子配位數(shù)為，界面上（某一晶面）的配位數(shù)為，晶體表面上N個(gè)原子位置有NA個(gè)原子，則在熔點(diǎn)Tm時(shí)，單個(gè)原子由液相向固-液界面的固相上沉積的相對(duì)自由能變化為：· 15、凡屬a5的物質(zhì)凝固時(shí)界面為光滑面，a非常大時(shí)，F(xiàn)S的兩個(gè)最小值出現(xiàn)在x0或1處（晶體表面位置

26、已被占滿）。有機(jī)物及無(wú)機(jī)物屬此類(lèi)；· a =25的物質(zhì)，常為多種方式的混合，Bi、Si、Sb等屬于此類(lèi)。16、對(duì)一摩爾Sf = 4k·N = 4R.由（3-21）式可知：熔融熵Sf上升，則a增大，所以Sf4R時(shí)，界面以粗糙面為最穩(wěn)定。熔融熵越小，越容易成為粗糙界面。因此固-液微觀界面究竟是粗糙面還是光滑面主要取決于合金系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)· 17、非密排晶面作為晶體表面（液-固界面）時(shí)，容易成為粗糙界面。· 18、界面結(jié)構(gòu)與冷卻速度及濃度· 過(guò)冷度大時(shí)，生長(zhǎng)速度快，界面的原子層數(shù)較多，容易形成粗糙面結(jié)構(gòu)。小晶面界面，過(guò)冷度T增大到一定程度時(shí)，可能轉(zhuǎn)

27、變?yōu)榉切【?。過(guò)冷度對(duì)不同物質(zhì)存在不同的臨界值，a越大的物質(zhì)，變?yōu)榇植诿娴呐R界過(guò)冷度也就越大。如：白磷在低長(zhǎng)大速度時(shí)（小過(guò)冷度T）為小晶面界面，在長(zhǎng)大速度增大到一定時(shí)，卻轉(zhuǎn)變?yōu)榉切【妗?#183; 合金的濃度有時(shí)也影響固-液界面的性質(zhì)。19、固-液界面的性質(zhì)（粗糙面還是光滑面），決定了晶體長(zhǎng)大方式的差異。20、連續(xù)長(zhǎng)大· 粗糙面的界面結(jié)構(gòu)，許多位置均可為原子著落，液相擴(kuò)散來(lái)的原子很容易被接納與晶體連接起來(lái)。由于前面討論的熱力學(xué)因素，生長(zhǎng)過(guò)程中仍可維持粗糙面的界面結(jié)構(gòu)。只要原子沉積供應(yīng)不成問(wèn)題，可以不斷地進(jìn)行“連續(xù)長(zhǎng)大”。· 其生長(zhǎng)方向?yàn)榻缑娴姆ň€方向，即垂直于界面生長(zhǎng)。2

28、1、臺(tái)階方式長(zhǎng)大（側(cè)面長(zhǎng)大）· 光滑界面在原子尺度界面是光滑的，單個(gè)原子與晶面的結(jié)合較弱，容易脫離。只有依靠在界面上出現(xiàn)臺(tái)階，然后從液相擴(kuò)散來(lái)的原子沉積在臺(tái)階邊緣，依靠臺(tái)階向側(cè)面長(zhǎng)大。故又稱“側(cè)面長(zhǎng)大”。22、“側(cè)面長(zhǎng)大”方式的三種機(jī)制（1）二維晶核機(jī)制：臺(tái)階在界面鋪滿后即消失，要進(jìn)一步長(zhǎng)大仍須再產(chǎn)生二維晶核；（2）螺旋位錯(cuò)機(jī)制：這種螺旋位錯(cuò)臺(tái)階在生長(zhǎng)過(guò)程中不會(huì)消失；（3）孿晶面機(jī)制：長(zhǎng)大過(guò)程中溝槽可保持下去，長(zhǎng)大不斷地進(jìn)行。第四章1、液相充分混合均勻時(shí)的溶質(zhì)再分配該情況下溶質(zhì)在固相中沒(méi)有擴(kuò)散，而在液相中充分混合均勻接著凝固時(shí)由于固相中無(wú)擴(kuò)散，成分沿斜線由K0C0逐漸上升。·

29、; 隨著固相分?jǐn)?shù)（fS）增加，凝固界面上固、液相中的溶質(zhì)含量均增加，因此已經(jīng)凝固固相的平均成分比平衡的要低。· 當(dāng)溫度達(dá)到平衡的固相線時(shí)，勢(shì)必仍保留一定的液相（杠桿原理），甚至達(dá)到共晶溫度TE時(shí)仍有液相存在。這些保留下來(lái)的液相在共晶溫度下將在凝固末端形成部分共晶組織。2、液相只有有限擴(kuò)散時(shí)的溶質(zhì)再分配凝固過(guò)程分為三個(gè)階段：最初過(guò)渡區(qū)穩(wěn)定態(tài)區(qū)最后過(guò)渡區(qū)最初過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度取決于K0、R、DL的值，K0越大、R越大或DL越小，則最初過(guò)渡區(qū)越短；最后過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度比最初過(guò)渡區(qū)的要小得多，與溶質(zhì)富集層的“特征距離”的數(shù)量級(jí)相同。3、液相中部分混合時(shí)的溶質(zhì)再分配在部分混合情況下，固-液界面處的液相中存

30、在一擴(kuò)散邊界層，在邊界層內(nèi)只靠擴(kuò)散傳質(zhì)（靜止無(wú)對(duì)流），在邊界層以外的液相因有對(duì)流作用成分得以保持均一。4、KE 與平衡分配系數(shù)K0 的關(guān)系：· KE = K0 ：即慢生長(zhǎng)速度和最大的攪動(dòng)對(duì)流，N很小時(shí)，這相當(dāng)于前面討論的液相完全混合的情況。· KE =1：即快生長(zhǎng)速度凝固、或沒(méi)有任何對(duì)流，N很大的情況，這相當(dāng)于液相只有擴(kuò)散時(shí)的情況。· K0KE1：相當(dāng)于液相部分混合(有對(duì)流)的情況，工程中常在該范圍。· 5、“成分過(guò)冷”的形成條件分析（K01 情況下) ： 界面前沿形成溶質(zhì)富集層 液相線溫度TL(x)隨x增大上升 當(dāng)GL（界面前沿液相的實(shí)際溫度梯度）小于

31、液相線的斜率時(shí)，即:出現(xiàn)“成分過(guò)冷” 。6、下列條件有助于形成“成分過(guò)冷”：工藝因素:l 液相中溫度梯度?。℅ L小）；l 晶體生長(zhǎng)速度快，R大；l 材料因素:l m L大，即陡的液相線斜率；l 原始成分濃度高，C 0大；l 液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù) D L低；l K 01 時(shí)，K 0 ??；K 01 時(shí)，K 0 大7、熱過(guò)冷及其對(duì)純金屬液固界面形態(tài)的影響純金屬液相在正溫度梯度的區(qū)域內(nèi)晶體生長(zhǎng)的凝固界面通常為平直形態(tài)，其溫度低于平衡熔點(diǎn)溫度Tm，過(guò)冷度Tk提供凝固所必須的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)力，稱為“動(dòng)力學(xué)過(guò)冷”· 當(dāng)界面液相一側(cè)形成負(fù)溫度梯度時(shí)純金屬界面前方獲得大于T k 的過(guò)冷度。這種僅由熔體存在

32、的負(fù)溫度梯度所造成的過(guò)冷，習(xí)慣上稱為“熱過(guò)冷”。純金屬在負(fù)溫度梯度下可發(fā)展為樹(shù)枝晶。· 8、隨“成分過(guò)冷”程度增大，固溶體生長(zhǎng)方式： 平面晶 胞狀晶 胞狀樹(shù)枝晶(柱狀樹(shù)枝晶) 內(nèi)部等軸晶(自由樹(shù)枝晶) · 9、成分過(guò)冷作用下的胞狀組織的形成及其形貌胞狀界面的成分過(guò)冷區(qū)的寬度約在0.0l一0.1cm之間，隨著成分過(guò)冷的增大，發(fā)生：溝槽、不規(guī)則的胞狀界面、狹長(zhǎng)的胞狀界面、規(guī)則胞狀態(tài)胞狀晶的生長(zhǎng)方向垂直于固-液界面（與熱流相反與晶體學(xué)取向無(wú)關(guān)）。胞狀晶可認(rèn)為是一種亞結(jié)構(gòu)。10、較寬成分過(guò)冷作用下的枝晶生長(zhǎng)隨界面前成分過(guò)冷區(qū)逐漸加寬胞晶凸起伸向熔體更遠(yuǎn)處胞狀晶擇優(yōu)方向生長(zhǎng)胞狀晶的橫

33、斷面出現(xiàn)凸緣短小的鋸齒狀“二次枝晶”（胞狀樹(shù)枝晶）在成分過(guò)冷區(qū)足夠大時(shí)，二次枝晶上長(zhǎng)出“三次枝晶”11、自由樹(shù)枝晶形成條件等軸枝晶的存在阻止了柱狀晶區(qū)的單向延伸，此后的結(jié)晶過(guò)程便是等軸晶區(qū)不斷向液體內(nèi)部推進(jìn)的過(guò)程。12、為什么成為樹(shù)枝晶的形態(tài)· 晶體的表面總是由界面能較小的晶面組成，寬而平的面是界面能小的晶面，而棱與角的狹面為界面能大的晶面。界面能大的晶面（垂直）生長(zhǎng)速度較快，長(zhǎng)成等軸樹(shù)枝晶。· 方向性較強(qiáng)的非金屬晶體，其平衡態(tài)的晶體形貌具有清晰的多面體結(jié)構(gòu)；方向性較弱的金屬晶體，其平衡態(tài)近乎球形。13、“外生生長(zhǎng)”與“內(nèi)生生長(zhǎng)”的概念· 晶體自型壁生核，然后由外

34、向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式，稱為“外生生長(zhǎng)”。· 平面生長(zhǎng)、胞狀生長(zhǎng)和柱狀枝晶生長(zhǎng)皆屬于外生生長(zhǎng)。· 等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長(zhǎng)的方式則稱為“內(nèi)生生長(zhǎng)”。14、枝晶間距· 枝晶間距：指相鄰?fù)沃чg的垂直距離。它是樹(shù)枝晶組織細(xì)化程度的表征。實(shí)際中，枝晶間距采用金相法測(cè)得統(tǒng)計(jì)平均值，通常采用的有一次枝晶（柱狀晶主干）間距d1、和二次分枝間距 d2兩種。枝晶間距?。杭?xì)晶強(qiáng)化效果顯著成分趨于均勻化顯微縮松、夾雜物細(xì)小且分散熱裂紋傾向小從而材料性能好15、規(guī)則共晶：粗糙粗糙界面金屬金屬，如: Pb-Sn ，Ag-Cu層片狀共晶金屬金屬間化合物，如: Al-Al3Ni棒狀共晶非

35、規(guī)則共晶：粗糙光滑界面金屬非金屬，如: Fe-C , Al-Si共晶光滑光滑界面非金屬非金屬，如: 琥珀睛-茨醇共晶16、粗糙-粗糙界面（非小晶面-非小晶面）共晶· 金屬-金屬共晶及金屬-金屬間化合物共晶多為第類(lèi)共晶，其典型的顯微形態(tài)是有規(guī)則的層片狀，或其中有一相為棒狀，因此稱為“規(guī)則共晶”。· 規(guī)則共晶長(zhǎng)大時(shí)，兩相彼此緊密相連，相互依賴生長(zhǎng)，兩相前方的液體區(qū)域中存在溶質(zhì)的運(yùn)動(dòng)。這種長(zhǎng)大方式稱之為“共生生長(zhǎng)”。金屬-非金屬共晶屬于第類(lèi)共晶體，長(zhǎng)大過(guò)程往往仍是相互偶合的“共生”長(zhǎng)大，但由于小晶面相（非金屬相）晶體長(zhǎng)大具有強(qiáng)烈的方向性，且對(duì)凝固條件（如雜質(zhì)元素或變質(zhì)元素）十分敏

36、感，容易發(fā)生彎曲和分枝，所得到的組織較為無(wú)規(guī)則，屬于“不規(guī)則共晶”。· 非金屬-非金屬屬于第類(lèi)共晶體，長(zhǎng)大過(guò)程不再是偶合的。所得到的組織為兩相的不規(guī)則混合物，也屬于“不規(guī)則共晶”。17、非平衡狀態(tài)下的共晶共生區(qū)1）有些非共晶成分的合金在冷速較快時(shí)可以在TE以下溫度得到100的共晶組織，該區(qū)域稱之為共生區(qū)2）有些非共晶成分的合金，在一定冷速下，既不出現(xiàn)100的共晶組織，也不出現(xiàn)初晶+共晶的情況，而是出現(xiàn)“離異共晶”。· 18、兩個(gè)組元熔點(diǎn)相近、兩條液相線基本對(duì)稱、兩相長(zhǎng)大速度基本相同的非小晶面-非小晶面合金，容易形成對(duì)稱型共生區(qū)。19、非對(duì)稱型共生區(qū)原因：由于濃度起伏和擴(kuò)散的

37、原因，共晶成分附近的低熔點(diǎn)相在非平衡結(jié)晶條件下較高熔點(diǎn)相更易于析出，其生長(zhǎng)速度也更快。因此結(jié)晶時(shí)往往容易出現(xiàn)低熔點(diǎn)組元一側(cè)的初生相。為了滿足共生生長(zhǎng)所需的基本條件，就需要合金液在含有更多高熔點(diǎn)組元成分的條件下進(jìn)行共晶轉(zhuǎn)變。共生區(qū)的概念與平衡圖并不矛盾，在無(wú)限緩慢的冷卻條件下，共生區(qū)退縮到共晶點(diǎn)E，合金液即按平衡相圖所示的規(guī)律進(jìn)行結(jié)晶。20、離異生長(zhǎng)與離異共晶的概念· 在共晶轉(zhuǎn)變中也存在著合金液不能進(jìn)入共生區(qū)的情況：共晶兩相沒(méi)有共同的生長(zhǎng)界面，它們各自以不同的速度獨(dú)立生長(zhǎng)，即兩相的析出在時(shí)間上和空間上都是彼此分離的，因而形成的組織沒(méi)有共生共晶的特征。這種非共生生長(zhǎng)的共晶結(jié)晶方式稱為離異

38、生長(zhǎng)，所形成的組織稱離異共晶。· 離異共晶分“晶間偏析型”和“暈圈型”兩種類(lèi)型。21、晶間偏析型”離異共晶· （1）當(dāng)一相大量析出，而另一相尚未開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，將形成晶間偏析型離異共晶。（2）由另一相的生核困難所引起：合金偏離共晶成分，初晶相長(zhǎng)得較大，如另一相不能以初生相為襯底而生核，或因液體過(guò)冷傾向大使該相析出受阻時(shí)，初生相就繼續(xù)長(zhǎng)大而把另一相留在枝晶間。22、“暈圈型”離異共晶形成· 兩相性質(zhì)差別較大的非小晶面小晶面共晶合金中能更經(jīng)常地見(jiàn)到這種暈圈組織。由于兩相在生核能力和生長(zhǎng)速度上的差別，第二相環(huán)繞著領(lǐng)先相表面生長(zhǎng)而形成一種鑲邊外圍層的情況，此外圍層稱為“暈圈”

39、。23、封閉型圈暈· 如果領(lǐng)先相的固-液界面全部是慢生長(zhǎng)面，會(huì)被快速生長(zhǎng)的第二相暈圈所封閉，則兩相與熔體之間就沒(méi)有共同的生長(zhǎng)界面，而只有形成暈圈的第二相與熔體相接觸，所以原先的領(lǐng)先相只能依靠原子通過(guò)暈圈的擴(kuò)散進(jìn)行，最后形成領(lǐng)先相呈球團(tuán)狀結(jié)構(gòu)的離異共晶組織。球墨鑄鐵的共晶轉(zhuǎn)變是其典例。· 如果領(lǐng)先相的固液界面是各向異性的，第二相只能將其慢生長(zhǎng)面包圍住，而其快生長(zhǎng)面仍能突破暈圈的包圍并與熔體相接觸，則暈圈是不完整的。這時(shí)兩相仍能組成共同的生長(zhǎng)界面而以共生方式進(jìn)行偶合結(jié)晶?；诣T鐵中的片狀石墨與奧氏體的共生生長(zhǎng)則屬此類(lèi)。24、共晶團(tuán)的形成Ø 領(lǐng)先相富A組元的固溶體小球析出

40、Ø 界面前沿B組元原子的不斷富集Ø 相固溶體在相球面上的析出Ø 向前方及側(cè)面的熔體中排出A組元原子Ø 相依附于相的側(cè)面長(zhǎng)出分枝Ø 相沿著相的球面與側(cè)面迅速鋪展Ø 交替進(jìn)行Ø 形成具有兩相沿著徑向并排生長(zhǎng)的球形共生界面雙相核心· 25、“搭橋”方式：領(lǐng)先相表面一旦出現(xiàn)第二相，則可通過(guò)這種彼此依附、交替生長(zhǎng)的方式產(chǎn)生新的層片來(lái)構(gòu)成所需的共生界面，而不需要每個(gè)層片重新生核。共生協(xié)同生長(zhǎng)：兩相各向其界面前沿排出另一組元的原子，由于相前沿富B，而相前沿富A，擴(kuò)散速度正比于溶質(zhì)的濃度梯度，因此橫向擴(kuò)散速度比縱向大的多。共晶兩相

41、通過(guò)橫向擴(kuò)散不斷排走界面前沿積累的溶質(zhì)，且又互相提供生長(zhǎng)所需的組元，彼此合作，齊頭并進(jìn)地快速向前生長(zhǎng)。26、片層距的調(diào)整· 相片層中心處B原子擴(kuò)散比-交界要困難得多此處B原子聚集而濃度升高相在此處推進(jìn)的速度加快形成凹坑 B原子擴(kuò)散越發(fā)困難新的相片層則在此處形成，· 凝固速度越快，相應(yīng)的片層距就會(huì)越小。27、胞狀、樹(shù)枝狀共晶的形成（第三組元的影響）當(dāng)?shù)谌M元濃度較大，或在更大的凝固速度下，成分過(guò)冷進(jìn)一步擴(kuò)大，胞狀共晶將發(fā)展為樹(shù)枝狀共晶組織，甚至還會(huì)導(dǎo)致共晶合金自外生生長(zhǎng)到內(nèi)生生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變。28、棒狀共晶生長(zhǎng)· 棒狀共晶：該組織中一個(gè)組成相以棒狀或纖維狀形態(tài)沿著生長(zhǎng)方向

42、規(guī)則地分布在另一相的連續(xù)基體中。形成棒狀共晶的一般條件：如果一相的體積分?jǐn)?shù)小于1時(shí)，該相將以棒狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)；如果體積分?jǐn)?shù)在 1/ ½之間時(shí)，兩相均以片狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。29、第三組元的影響· 如果第三組元在兩相中的平衡分配系數(shù)相差較大，則可能出現(xiàn)第三組元僅引起一個(gè)組成相產(chǎn)生成分過(guò)冷。產(chǎn)生成分過(guò)冷相的層片在生長(zhǎng)過(guò)程中將會(huì)越過(guò)另一相層片的界面而伸入液相中，通過(guò)搭橋作用，落后的一相將被生長(zhǎng)快的一相割成篩網(wǎng)狀，并最終發(fā)展成棒狀組織。30、非小晶面小晶面共晶合金的結(jié)晶· 由于小晶面本身存在著多種不同的生長(zhǎng)機(jī)制，故這類(lèi)共晶合金比非晶小面-非小晶面共晶合金具有更為復(fù)雜的組織形態(tài)變化，且

43、對(duì)生長(zhǎng)條件的變化也表現(xiàn)出高度的敏感。即使是同一種合金，在不同的條件下則能形成多種形態(tài)各異、性能懸殊的共生共晶甚至離異共晶組織。這類(lèi)共晶合金最具有代表性的是Fe-C 和A1-Si 兩種合金。31、合金固溶體凝固時(shí)的晶體生長(zhǎng)形態(tài)) 不同的成分過(guò)冷情況b) 無(wú)成分過(guò)冷平面晶C) 窄成分過(guò)冷區(qū)間胞狀晶 d) 成分過(guò)冷區(qū)間較寬柱狀樹(shù)枝晶e) 寬成分過(guò)冷內(nèi)部等軸晶第五章1.鑄件的宏觀組織激冷晶區(qū)的晶粒細(xì)小;柱狀晶區(qū)的晶粒垂直于型壁排列，且平行于熱流方向.內(nèi)部等軸晶區(qū)的晶粒較為粗大;鑄件凝固過(guò)程 2.柱狀晶的特點(diǎn)是各向異性，對(duì)于諸如磁性材料、發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋漿葉片等這些強(qiáng)調(diào)單方向性能的情況，采用定向凝固獲得全部

44、柱狀晶的零件反而更具優(yōu)點(diǎn)3. 柱狀晶區(qū)的形成u 柱狀晶區(qū)開(kāi)始于穩(wěn)定凝固殼層的產(chǎn)生，而結(jié)束于內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成。因此柱狀晶區(qū)的存在與否及寬窄程度取決于上述兩個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。如果在凝固初期就使得內(nèi)部產(chǎn)生等軸晶的晶核，將會(huì)有效地抑制柱狀晶的形成。 4. “成分過(guò)冷”理論.當(dāng)成分過(guò)冷大到足以發(fā)生非均質(zhì)生核時(shí)，便導(dǎo)致內(nèi)部等軸晶的形成。5. 為什么純金屬幾乎得不到等軸晶而溶質(zhì)濃度大的合金容易得到等軸晶呢? (無(wú)答案)6. 溶質(zhì)的偏析容易使晶體在與型壁的交會(huì)處產(chǎn)生“脖頸”，具有“脖頸”的晶體不易于沿型壁方向與其相鄰晶體連接形成凝固殼, 另一方面，在澆注過(guò)程和凝固初期存在的對(duì)流容易沖斷“脖頸”，使晶體脫

45、落并游離出去7. 枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論u 生長(zhǎng)著的柱狀枝晶在凝固界面前方的熔斷、游離和增殖導(dǎo)致了內(nèi)部等軸晶晶核的形成，稱為“枝晶熔斷”理論。 u 液面冷卻產(chǎn)生的晶粒下雨似地沉積到柱狀晶區(qū)前方的液體中，下落過(guò)程中也發(fā)生熔斷和增殖，是鑄錠凝固時(shí)內(nèi)部等軸晶晶核的主要來(lái)源，稱為“結(jié)晶雨”理論。8. 目前比較統(tǒng)一的看法是內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成很可能是多種途徑起作用。9. 鑄件宏觀結(jié)晶組織的控制u 思路: 晶區(qū)的形成和轉(zhuǎn)變乃是過(guò)冷熔體獨(dú)立生核的能力和各種形式晶粒游離、增殖或重熔的程度這兩個(gè)基本條件綜合作用的結(jié)果，鑄件中各晶區(qū)的相對(duì)大小和晶粒的粗細(xì)就是由這個(gè)結(jié)果所決定的。凡能強(qiáng)化熔體獨(dú)立生核，促進(jìn)晶粒游離，以及

46、有助于游離晶的殘存與增殖的各種因素都將抑制柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，從而擴(kuò)大等軸晶區(qū)的范圍，并細(xì)化等軸晶組織。 10合理的澆注工藝u 澆注溫度. 合理降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得及細(xì)化等軸晶的有效措施。但過(guò)低的澆注溫度將降低液態(tài)金屬的流動(dòng)性，導(dǎo)致澆不足和冷隔等缺陷的產(chǎn)生。 u 澆注方式 . 通過(guò)改變澆注方式強(qiáng)化對(duì)流對(duì)型壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進(jìn)細(xì)等軸晶的形成。但必須注意不要因此而引起大量氣體和夾雜的卷入而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷11. 冷卻條件的控制u 控制冷卻條件的目的是形成寬的凝固區(qū)域和獲得大的過(guò)冷，從而促進(jìn)熔體生核和晶粒游離。小的溫度梯度GL和高的冷卻速度R可以滿足以上要求。但就鑄型的

47、冷卻能力而言，除薄壁鑄件外，這二者不可兼得。 對(duì)薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)能力的鑄型對(duì)厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶的形成，再輔以其他晶粒細(xì)化措施以得到滿意的效果。懸浮澆注法可同時(shí)滿足小的GL與高的R的要求12懸浮澆注法是在澆注過(guò)程中將一定量的固態(tài)金屬顆粒加入到金屬液中，從而改變金屬液凝固過(guò)程，達(dá)到細(xì)化組織、減小偏析、減小鑄造應(yīng)力的目的的一種工藝方法。13懸浮澆注法的特點(diǎn)1) 顯著細(xì)化鑄件組織，提高力學(xué)性能，改善鑄件厚大斷面力學(xué)性能均勻性； 2) 減小凝固收縮，使冒口減小1535%； 3) 減少縮松，提高鑄件致密性； 4) 減小鑄造應(yīng)力，減小鑄件熱裂傾向； 5) 改善宏觀

48、偏析； 6) 提高凝固速度，改善鑄型受熱狀況； 7) 可以實(shí)現(xiàn)澆注過(guò)程合金化。14技術(shù)原理： 通過(guò)加入金屬顆粒與金屬液的物理化學(xué)、晶體學(xué)和熱作用，強(qiáng)制金屬液生核，并改變鑄型中金屬液的溫度分布，從而改變金屬凝固方式。 適用范圍： 各種鑄鋼件、鑄鐵件、及有色合金件。 不需要特殊設(shè)備，僅要求簡(jiǎn)單輔助工裝。15. 孕育處理是澆注之前或澆注過(guò)程中向液態(tài)金屬中添加少量物質(zhì)以達(dá)到細(xì)化晶粒、改善宏觀組織目的的一種工藝方法。 u 孕育( Inoculation)主要是影響生核過(guò)程和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒；而變質(zhì)（Modification）則是改變晶體的生長(zhǎng)機(jī)理，從而影響晶體形貌。變質(zhì)在改變共晶合金的非金屬相的結(jié)

49、晶形貌上有著重要的應(yīng)用，而在等軸晶組織的獲得和細(xì)化中采用的則是孕育方法。 16. 孕育劑作用機(jī)理的兩類(lèi)觀點(diǎn)u 孕育主要起非自發(fā)形核作用. 孕育劑含有直接作為非自發(fā)生核的物質(zhì) ; 孕育劑能與液相中某些元素反應(yīng)生成較穩(wěn)定的化合物而產(chǎn)生非自發(fā)生核 ;在液相中造成很大的微區(qū)富集而迫使結(jié)晶相提前彌散析出而生核 17. 孕育衰退（孕育效果逐漸減弱）u 幾乎所有的孕育劑都有在孕育處理后一段時(shí)間出現(xiàn)孕育衰退現(xiàn)象，因此孕育效果不僅取決于孕育劑的本身，而且也與孕育處理工藝密切相關(guān)。u 一般處理溫度越高，孕育衰退越快，在保證孕育劑均勻散開(kāi)的前提下，應(yīng)盡量降低處理溫度。u 孕育劑的粒度也要根據(jù)處理溫度、被處理合金液量

50、和具體的處理方法來(lái)選擇。 18. 鑄型振動(dòng)u 在凝固過(guò)程中振動(dòng)鑄型可使液相和固相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致枝晶破碎形成結(jié)晶核心。離心鑄造時(shí)若周期改變旋轉(zhuǎn)方向可獲得細(xì)小等軸晶，說(shuō)明液相和固相發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的細(xì)化晶粒作用。u 振動(dòng)還可引起局部的溫度起伏，有利于枝晶熔斷。振動(dòng)鑄型可促使“晶雨”的形成19采用機(jī)械攪拌、電磁攪拌或氣泡攪拌均可造成液相相對(duì)固相的運(yùn)動(dòng)，引起枝晶的折斷、破碎與增殖，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。 連鑄過(guò)程采用電磁攪拌的主要作用是提高連鑄坯的質(zhì)量，例如去除夾雜物、消除皮下氣泡、減輕中心偏析、提高連鑄坯的等軸晶率。在澆鑄斷面較大的鑄坯以及澆鑄質(zhì)量要求較高時(shí)，電磁攪拌技術(shù)便成為首選。 20流變鑄造

51、這種細(xì)小圓整的半固態(tài)金屬漿液由于具有較好的流動(dòng)性而容易成形。因?yàn)樗臏囟冗h(yuǎn)低于液相線溫度，所以對(duì)于黑色金屬的壓鑄件來(lái)說(shuō)，能大大減輕金屬對(duì)模具的熱沖擊，提高壓鑄模具的壽命，擴(kuò)大黑色金屬壓鑄的應(yīng)用范圍21. 熔池凝固條件l 體積小、冷速快 . 由于冷卻快，溫度梯度大，致使焊縫中柱狀晶得到充分發(fā)展。這也是造成高碳、高合金鋼以及鑄鐵材料焊接性差的主要原因之一u 溫差大、過(guò)熱度高. 熔池金屬中不同區(qū)域因加熱與冷卻速度很快，熔池中心和邊緣存在較大的溫度梯度，例如，對(duì)于電弧焊接低碳鋼或低合金鋼，熔池中心溫度高達(dá)21002300，而熔池后部表面溫度只有1600左右，熔池平均溫度為1700±100。由

52、于過(guò)熱溫度高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點(diǎn)數(shù)大為減少，這也促使焊縫柱狀晶的發(fā)展。u 動(dòng)態(tài)凝固過(guò)程 . 處于熱源移動(dòng)方向前端的母材不斷熔化，連同過(guò)渡到熔池中的熔融的焊接材料一起在電弧吹力作用下，對(duì)流至熔池后部。隨著熱源的離去，熔池后部的液態(tài)金屬立即開(kāi)始凝固。因此，凝固過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行并隨熔池前進(jìn)。u 液態(tài)金屬對(duì)流激烈 . 熔池中存在許多復(fù)雜的作用力，如電弧的機(jī)械力、氣流吹力、電磁力，以及液態(tài)金屬中密度差，使熔池金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌和對(duì)流，在熔池上部其方向一般從熔池頭部向尾部流動(dòng)，而在熔池底部的流動(dòng)方向與之正好相反，這一點(diǎn)有利于熔池金屬成分分布的均勻化與純凈化。22. 熔池結(jié)晶特征u 聯(lián)生結(jié)晶 . 在熔池中存

53、在兩種現(xiàn)成固相表面：一種是合金元素或雜質(zhì)的懸浮質(zhì)點(diǎn)（在正常情況下所起作用不大）；另一種就是熔池邊界未熔母材晶粒表面，非自發(fā)形核就依附在這個(gè)表面，在較小的過(guò)冷度下以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心生長(zhǎng)，稱為聯(lián)生結(jié)晶(也稱外延生長(zhǎng))。 u 柱狀晶生長(zhǎng)方向與速度的變化 . 典型的焊接熔池形狀像不標(biāo)準(zhǔn)的半橢球。熔池的形狀和大小，受母材的熱物理性質(zhì)、尺寸和焊接方法以及工藝參數(shù)等因素的影響。焊接速度增大, L增加, Bmax減小. 熔池凝固組織形態(tài)的多樣性. 隨著成分過(guò)冷的進(jìn)一步加大，樹(shù)枝晶生長(zhǎng)的方式逐漸占主導(dǎo)地位，在到達(dá)熔池尾端結(jié)束凝固時(shí)，成分過(guò)冷度最大，有可能形成等軸樹(shù)枝晶區(qū)。23. 熔池結(jié)晶組織的細(xì)化通過(guò)提高

54、形核率和抑制晶粒長(zhǎng)大兩個(gè)方面 u 1變質(zhì)處理 通過(guò)焊接材料向熔池加入一定量的合金元素(如B、Mo、V、Ti、Nb等) , 作為熔池中非自發(fā)晶核的質(zhì)點(diǎn),從而使焊縫晶粒細(xì)化。u 2振動(dòng)結(jié)晶 采用振動(dòng)的方法來(lái)打斷正在成長(zhǎng)的柱狀晶，增大晶粒游離傾向，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。振動(dòng)方式主要有機(jī)械振動(dòng)、超聲振動(dòng)和電磁攪拌。3焊接工藝 采用恰當(dāng)?shù)暮附庸に嚧胧?，也可改善熔池凝固結(jié)晶。主要方法是小線能量、多層焊和錘擊焊道表面等第七章1、焊接或熔煉過(guò)程中，液態(tài)金屬會(huì)與各種氣體發(fā)生相互作用，從而對(duì)焊件或鑄件的性能產(chǎn)生影響。深入了解氣體的來(lái)源及其與金屬的相互作用機(jī)制，對(duì)于控制金屬中氣體的含量，提高鑄件或焊件的質(zhì)量至關(guān)重要。

55、2、焊條藥皮、焊劑、焊芯的造氣劑高價(jià)氧化物及有機(jī)物的分解氣體母材坡口的油污、油漆、鐵銹、水分空氣中的氣體、水分保護(hù)氣體及其雜質(zhì)氣體3、有機(jī)物的分解和燃燒酸性焊條藥皮中有機(jī)物的含量較高焊條藥皮中的淀粉、纖維素、糊精等有機(jī)物（造氣、粘接、增塑劑）4、堿性焊條藥皮中碳酸鹽的含量較高。5、堿性焊條焊接時(shí)，氣相中H2和H2O的含量很少，故稱“低氫型”；酸性焊條焊接時(shí)氫含量均較高，其中纖維素型焊條的最大。6、材料的蒸發(fā)焊接過(guò)程中，除了焊接材料和母材表面的水分發(fā)生蒸發(fā)外，金屬元素和熔渣的各種成分在電弧高溫作用下也會(huì)發(fā)生蒸發(fā)，形成相當(dāng)多的蒸氣。（1）金屬材料中Zn、Mg、Pb、Mn（2）氟化物中AlF3、KF

56、、LiF、NaF極易蒸發(fā)后果：合金元素的損失；產(chǎn)生焊接缺陷；增加焊接煙塵，污染環(huán)境，影響焊工身體健康。7、氣體的分解p 簡(jiǎn)單氣體（指N2、H2、O2、F2等雙原子氣體）的分解；p 復(fù)雜氣體（指CO2和H2O等）的分解，分解產(chǎn)物在高溫下還可進(jìn)一步分解和電離。8、鑄造過(guò)程中的氣體來(lái)源鑄造時(shí)的氣體主要來(lái)源于熔煉過(guò)程、澆注過(guò)程和鑄型。（1）熔煉過(guò)程氣體主要來(lái)自各種爐料、爐氣、爐襯、工具（2）澆注過(guò)程澆包未烘干，鑄型澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，鑄型透氣性差，澆注速度控制不當(dāng)，型腔內(nèi)的氣體不能及時(shí)排除等，都會(huì)使氣體進(jìn)入液態(tài)金屬。（3）鑄型來(lái)自鑄型中的氣體主要是型砂中的水分。即使烘干的鑄型在澆注前也會(huì)吸收水分，并且粘土在液態(tài)金屬的熱作用下其結(jié)晶水還會(huì)分解。此外，有機(jī)物（粘結(jié)劑等）的燃燒也會(huì)產(chǎn)生大量氣體。9、氣相平衡與鑄型內(nèi)氣體的成分鑄型內(nèi)氣體的成分隨造型材料、溫度、澆注后的時(shí)間而變化。一般鑄型內(nèi)氣體的成分為H2、CO、CO2、O2，在含氮的樹(shù)脂砂鑄型中