第三章 金屬的凝固

第三章金屬的凝固概述……3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1：固體原子熱運動3.1.1：固體金屬的加熱與熔化概念：金屬鍵；勢壘、勢阱；鍵能（激活能）坐標(biāo)圖

實物圖概念：原子熱運動能量；能量起伏；關(guān)于物體膨脹與收縮。3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2：金屬的加熱與熔化金屬的加熱與熔化原理？晶體三態(tài)

原理：一些偏離平衡位置，具有較高勢能原子（一般在晶界）接近熔點溫度，向臨近晶粒跳躍，使晶粒失去固定形狀，晶粒間發(fā)生相對移動，已液化。進一步加熱，晶界原子跳躍更頻繁，有序晶粒團尺寸更小，溫度不變（潛熱集聚）。3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)H（焓）？—工質(zhì)中，取決于熱力狀態(tài)的那部分能量（具有狀態(tài)性質(zhì)）。U（內(nèi)能）—包括體系中一切形式的能量，如分子的移動、轉(zhuǎn)動振動能；電子動能與原子核內(nèi)能等，但不包括體系整體動能與位能（具有狀態(tài)性質(zhì)）。敘述

還原3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)S（熵）？—物質(zhì)微觀運動混亂度的表示，孤立體系所發(fā)生任意過程總向熵增方向進行（可逆過程ds=0；不可逆過程ds＞0

；具有狀態(tài)性質(zhì)）。熵變

3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1：液態(tài)金屬的熱物理性3.1.2：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)⑴、金屬熔化的熵變書上表3-1（p75）看出Zn的熵變:比較？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)⑵、金屬熔化潛熱與汽化潛熱書上表3-2（p76）看出Zn的潛熱（焓變）：比較？mol焓3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2：金屬X射線結(jié)構(gòu)分析液態(tài)、固態(tài)金屬原子分布區(qū)別（）？fcc配位數(shù)如圖

液體：由不同成分原子集團、游離原子、空穴、裂紋、雜質(zhì)與氣泡組成的混濁液體。液體存在能量起伏、濃度起伏、結(jié)構(gòu)（相）起伏？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1：液態(tài)金屬的熱物理性3.1.3：液態(tài)金屬的性質(zhì)⑴、液態(tài)金屬粘度（前章已講）富林克爾液態(tài)結(jié)構(gòu)理論3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)⑵、影響粘度的因素富林克爾液態(tài)結(jié)構(gòu)理論

A、溫度？

T↑μ↓；接近氣態(tài)高溫時T↑μ↑。？如書上圖3-5、3-6（P80）3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

B、成分

關(guān)于相圖、難熔化合物與共晶成分的影響

？如數(shù)上圖3-6、3-7（P81）

C、非金屬夾雜物非金屬夾雜物數(shù)量、形態(tài)？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

A、對流動阻力影響對于層流、紊流阻力系數(shù)f⑶、粘度對成型的影響

討論？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

B、對液態(tài)合金對流的影響格拉曉夫準(zhǔn)則

GT—溫差對流強度溫差還原

Gc—濃差對流強度濃差還原

βT、βc

—溫度、濃度引起膨脹系數(shù)

△T、△C

—溫差、濃差

I

—水平方向冷熱端距離之半對對流的影響？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

C、對液態(tài)合金凈化的影響雜質(zhì)上浮動力雜質(zhì)勻速上浮時司托克斯（stokes）原理雜質(zhì)上浮速度3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2：液態(tài)金屬的表面張力⑴、表面張力的實質(zhì)表面張力示意圖

液體表面張力：是液態(tài)金屬表面原子內(nèi)外排列有別，受到液體內(nèi)部原子的作用力，而外部無(或較小)此作用力，使表面原子受到向內(nèi)部的合力，有使表面縮小的趨勢，此為液態(tài)金屬表面張力。3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)△W—外界對系統(tǒng)作功σ—單位表面積上自由能△E—恒溫、恒壓下表面自由能增量表面自由能與表面張力？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)—A物體表面張力（自由能）—B物體表面張力（自由能）—AB物體界面張力（自由能）—AB物體單位界面系向外做的功或?qū)B物體單位面積結(jié)合或扯開時外界所做功？表面張力界面張力

界面張力（自由能）

表面張力與界面張力區(qū)別？

3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)界面表面張力在液態(tài)金屬澆注的應(yīng)用—固氣界面張力—液氣界面張力—液固界面張力潤濕角討論？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)⑵、影響界面張力的因素

A、熔點一般熔點高張力大，如書上表3-4（P84）

B、溫度一般溫度升高張力減少，但鑄鐵、碳鋼、銅及其合金溫度升高張力增大。3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

C、溶質(zhì)元素活性元素：指降低表面張力的元素。非活性元素：指提高表面張力的元素?；钚裕褐副砻鏉舛却笥趦?nèi)部濃度。3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)⑶、表面和界面張力在材料成型中的意義如圖f1—氣體質(zhì)點對液體作用力f2—液體質(zhì)點對液體作用力f3—固體質(zhì)點對液體作用力合力、潤濕角？合力、潤濕角？3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)影響實例：⑴、,鑄件表面粗糙度與薄壁鑄件？如圖與如圖⑵、支晶補縮與熱裂紋？如圖⑶、夾雜等的去除？附加壓力p（拉普拉斯壓力）r1、

r23.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1：流動性與沖型能力概念3.1.4：液態(tài)金屬的流動性與沖型能力如圖2：流動性與沖型能力的計算⑴：流動性與沖型能力機理如書上圖3-14、3-15.P87另如圖，結(jié)晶溫度范圍圖3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)⑵：流動性與沖型能力的計算假設(shè)在時間t′（？

）內(nèi)，據(jù)熱平衡？T—dx微元段溫度T型—鑄型初始溫度dS—dx微元段與鑄型接觸面積α—傳熱系數(shù)（W/m2℃）△x—阻塞區(qū)從T澆降到TL時間段為t′

還原3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)來歷？來歷？還原如圖上頁t｀A—鑄型斷面面積，P—鑄型斷面周長。3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)來歷？還原3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)假設(shè)在時間t″（？

）內(nèi)，據(jù)熱平衡？k—停止流動時液流前端的固相數(shù)量△H—合金結(jié)晶潛熱(J/mol)

從TL降到Tk時間段為t″3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)來歷？如圖液態(tài)金屬總流動時間tt｀3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)液態(tài)金屬沖型能力μ—流量消耗系數(shù)H—液流靜壓頭3.1、液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)簡化、代入得μ—流量消耗系數(shù)H—液流靜壓頭分析上式、推導(dǎo)過程？如圖泰勒級數(shù)不開推導(dǎo)過程（課堂作業(yè)）3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)3.2.1：液態(tài)合金凝固熱力學(xué)

1、液態(tài)合金凝固熱力學(xué)條件據(jù)物理化學(xué)定壓條件下吉布斯自由能含義？G—吉布斯自由能3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)3.2.1：液態(tài)合金凝固熱力學(xué)

1、液態(tài)合金凝固熱力學(xué)條件熔點附近

含義？如圖—吉布斯自由能—過冷度—融化潛熱

—熔點3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)

2、液態(tài)合金凝固過程與能量變化成分、溫度、能量起伏？如圖？熱力學(xué)障礙、動力學(xué)障礙？3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)3.2.2：均質(zhì)形核（自發(fā)形核）

1、形核熱力學(xué)均質(zhì)形核條件？均質(zhì)形核使自由能變化△G均體系介穩(wěn)與起伏。含義？如圖吉布斯自由能含義臨界晶核含義？還原3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)臨界晶核整理得含義？如圖固液自由能差僅提供形核功（晶核表面能）的2/3，其余1/3能量靠能量起伏補足。代入上式還原3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)

2、均質(zhì)形核速率均質(zhì)形核速率I均：單位體積液相中單位時間內(nèi)生成的晶核數(shù)目(單位1/cm3.s)。f0—單位時間轉(zhuǎn)移到一個晶核上的原子數(shù)目?N*—單位體積液相內(nèi)r=r*的原子集團數(shù)目。3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)NL—單位液相中的原子數(shù)目。Ns—固液界面緊鄰晶核的液體原子數(shù)目。f—液體原子振動頻率。p—被晶核接受的幾率。含義？如式3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)據(jù)得書上式3-37、p93關(guān)于均質(zhì)形核理論的局限性。3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)均質(zhì)形核速率I均取決于：⑴、形成臨界晶核所必需的能量起伏幾率即因素。⑵、液態(tài)金屬原子（一個或多個）穿越固液界面添加到到臨界晶核上的幾率因素。如書上圖3-20。如圖書上式3-42問題？3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)3.2.3：異質(zhì)形核（非均質(zhì)形核）

1、形核熱力學(xué)如圖晶核體積過程？還原—液相-異質(zhì)基界面張力—晶核-異質(zhì)基界面張力—晶核-液相界面張力3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)晶核-液相接觸面積過程？晶核-異質(zhì)基接觸面積球冠晶核總自由能變化為含義？VC如圖3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)比較得得為什么？3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)得結(jié)論：臨界晶核尺寸比較？潤濕角θ的影響：3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)

2、異質(zhì)形核率

類同均質(zhì)形核—單位體積中液相與異質(zhì)核部位接觸的原子數(shù)目。f1—單位時間從液相轉(zhuǎn)移到晶核上的原子數(shù)目。3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)異質(zhì)形核率影響因素⑴、過冷度ΔT。⑵、界面（晶核與雜志相鄰面原子適配度、雜質(zhì)表面形態(tài)）。⑶、過熱溫度與高溫持續(xù)時間。關(guān)于均質(zhì)與非均質(zhì)形核？如圖3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)3.2.4：純金屬晶體長大

1、晶體宏觀長大方式如圖

還原⑴、平面方式長大固液界面前方液體中溫度梯度GL>0。緣由？⑵、支晶方式長大固液界面前方液體中溫度梯度GL<0。緣由？如圖3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)

2、晶體微觀長大方式免講3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動關(guān)于單相與多相合金。如圖3.3.1：凝固過程的傳質(zhì)菲克第一定律—溶質(zhì)擴散通量（g/cm2.s）與比熱流比較D—溶質(zhì)擴散系數(shù)（cm2/s）Wc

—溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)（濃度g/cm3）n—某點與固液界面在法線方向的距離（cm）含義？

暫不講3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動菲克第二定律Δ—拉普拉斯算子含義？如P28,2-8式。還原3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動如相圖平衡分配系數(shù)k0有一、平衡凝固條件下的溶質(zhì)再分配fs—固相體積百分數(shù)fL—液相體積百分數(shù)C0

—合金原始濃度得分析？還原3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動如相圖在通常冷卻條件下，合金液擴散系數(shù)D僅為10-9cm2/s；合金固相中擴散系數(shù)D為10-12cm2/s，溶質(zhì)的擴散遠落后于凝固進程

。二、近平衡凝固條件下的溶質(zhì)再分配如不計溶質(zhì)在固相中的擴散有：1、液相均勻混合？dfs—時固相析出量百分數(shù)dCL—液相溶質(zhì)濃度增量3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動積分得代入邊界條件得Scheil方程分析？如相圖平衡分配系數(shù)k0凝固將結(jié)束時，固相中溶質(zhì)含量為Csm（相圖中該固溶體溶質(zhì)最大含量）；而液相中的溶質(zhì)為共晶成分。3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動如相圖2、液相有限擴散條件下溶質(zhì)再分配DL—溶質(zhì)在液相中擴散系數(shù)R—晶體平面生長速率K2、B—動力學(xué)常熟固相溶質(zhì)濃度變化規(guī)律分析？3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動離固液界面

處液相濃度影響因素：⑵、液相有限擴散離走溶質(zhì)使?jié)舛茸兓?。如圖⑴、固相將溶質(zhì)擴散到液相使液相濃度變化。R—晶體生長速度cm/s。分析？菲克第二定律3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動微分方程還原當(dāng)達到穩(wěn)態(tài)時，由固相中排出溶質(zhì)應(yīng)等于液相擴散離走溶質(zhì)（瞬間濃度無突變）：有3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動分析？如圖

還原（3-78）如圖3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動如左圖，人們總希望縮小初始期與凝固后期，擴大穩(wěn)態(tài)期，以獲得無偏析材質(zhì)，此正是討論凝固過程的意義所在。3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動3、液相既對流，也擴散條件下溶質(zhì)再分配此條件下，達穩(wěn)態(tài)后上述微分方程仍適用如圖液相量足夠大時3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動（3-79）還原如圖得液相量足夠大特解如液相中僅有擴散，無對流δ=∞，由式（3-79），可導(dǎo)出式下式（同前述式3-78

）：

液相量有限時，液相溶質(zhì)富集δ層外CL(x′)逐步提高大于C0。3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動如圖得液相量有限特解（3-80）3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動如圖換過方式分析，當(dāng)達到穩(wěn)態(tài)時，固液界面處由固相中排出溶質(zhì)應(yīng)等于擴散到液相（擴散去）溶質(zhì)得：有：固相中排出溶質(zhì)：擴散到液相溶質(zhì)得：3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動3-79式對求導(dǎo)并整理得：有：3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動合金對流越強，δ越小，則越小。凝固速度R越大，R越小，如圖將代入整理得：3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動3.3.2：凝固過程的液體流動及對凝固組織的影響自然對流：浮力、凝固收縮引起對流。強迫對流：壓頭、攪拌、振動、電磁等引起對流。3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動⑴、穩(wěn)態(tài)溫度場下的對流

1、凝固液相區(qū)的液體流動ρ0—平均溫度下液體密度β—液體膨脹系數(shù)μ—液體動力粘度l—平板間距的1/2。對照分析？格拉肖夫數(shù)Grashofnumber

（溫差對流）3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動分析？對照格拉肖夫數(shù)Gashofnumber（濃差對流）⑵非穩(wěn)態(tài)溫度場下的對流雷壘數(shù)（Rayleighnumber溫差對流）a—熱擴散率ν—運動粘度3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動⑵、對流對凝固組織的影響弱對流使平行于凝固界面的定向凝固的枝晶間距增大。如圖強對流使主軸枝晶幾乎無法生長，成惠狀。對流方向與凝固界面垂直時容易產(chǎn)生宏觀偏析。紊流細化晶粒。3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動⑴、多孔疏松體內(nèi)流體介質(zhì)流速

2、枝晶間的液體流動如圖fL—液體體積分數(shù)k—多孔體透氣性系數(shù)△p—壓強梯度分析？3.3、液態(tài)金屬凝固過程的傳質(zhì)與液體流動⑵、一維圓柱試樣液體流動

2、枝晶間的液體流動如圖fL—液體體積分數(shù)k—多孔體透氣性系數(shù)L—圓柱長度x—距冷端距離分析？3.4、金屬凝固過程中成分過冷及對晶體生長的影響以單相為例講解。3.4.1：金屬凝固過程成分過冷的形成

1、固液界面前沿溫度分布如圖

2、成分過冷產(chǎn)生條件

—固液界面前實際溫度

—固液界面前液相結(jié)晶溫度—成分過冷度如圖3.4、金屬凝固過程中成分過冷及對晶體生長的影響產(chǎn)生成分過冷條件：⑴、固液界面前沿有溶質(zhì)富集。⑵、固液界面前沿溫度分布梯度GL不能太大。如圖成分過冷判據(jù)據(jù)上述判據(jù)，敘述成分過冷對金屬凝固過程的影響，按書上圖3-43？晶體生長方式圖與純金屬3.4.2：成分過冷對單相合金凝固過程的影響免推導(dǎo)3.5、多相合金的凝固一般多相合金的凝固都會析出兩個以上相，形成多相合金。如共晶、偏晶、包晶等。1、概述⑴、共晶分為規(guī)則共晶與非規(guī)則共晶。3.5.1：共晶合金的凝固

規(guī)則共晶由金屬-金屬相、金屬-金屬間化合物組成。

棒狀共晶：兩相界面能各向異性或各向同性且某相體積百分數(shù)小于1/π，則該以相棒狀方式生長。片狀共晶：兩相界面能各向同性且某相體積百分數(shù)在1/π～1/2之間時兩相以片狀方式生長。如圖3.5、多相合金的凝固

非規(guī)則共晶由金屬-非金屬相或非金屬、非金屬-非金屬相組成。⑵、規(guī)則共晶分為片狀共晶與棒狀共晶。3.5、多相合金的凝固⑶、偽共晶共生生長概念：……共生生長條件：一是兩相生長能力接近，二是兩組元在界面前沿的橫向傳輸能保證兩相等速生長的需要。共生生長

偽共晶概念：……如圖實際偽共晶共生區(qū)如數(shù)上圖3-52。實際共生區(qū)域

3.5、多相合金的凝固⑴、片狀共晶的生長成分過冷表達式相圖2、規(guī)則共晶合金的凝固⑷、離異共晶？mL—液相線TL∞的斜率CE—共晶成分—Ti溫度時，液相溶質(zhì)濃度。3.5、多相合金的凝固

Jackson-hunt模型敘述

?

—相體積百分數(shù)

—相體積百分數(shù)—熔化比熵最小過冷原理：生長速度給定后，生長間距應(yīng)使生長過冷度獲得最小值。3.5、多相合金的凝固據(jù)最小過冷原理有敘述

?凝固速率越快片間距越小(已被實驗證明)。3.5、多相合金的凝固⑵、棒狀共晶以棒狀六邊形等面積圓半徑r（如圖）取代片間距λ，據(jù)Jackson-hunt模型與最小過冷原理有3.5、多相合金的凝固⑴、Fe-Fe3C共晶凝固過程？書上圖3-57⑵

、Fe-C共晶凝固過程？書上圖3-58灰口鑄鐵為何呈片狀石墨？書上圖3-59關(guān)于晶向與晶面⑶

、第三組元的影響？書上圖3-63簡介免講3.5、多相合金的凝固1、偏晶合金的凝固3.5.2：偏晶合金與包晶合金的凝固

簡介如圖。潤濕角（界面界面能的影響）偏晶凝固方式

3.5、多相合金的凝固2、包晶合金的凝固包晶反應(yīng)相圖簡介

3.6、金屬復(fù)合材料的凝固復(fù)合材料：兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料通過物理或化學(xué)復(fù)合組成具有兩個或兩個以上相態(tài)結(jié)構(gòu)的材料。

1、復(fù)合材料分類：

⑴、按強化相生成方式分：3.6.1：概述3.6、金屬復(fù)合材料的凝固⑵、按使用性能分：⑶、按增強相形態(tài)分：3.6、金屬復(fù)合材料的凝固⑷、按基體類型分：⑴、綜合性能高，優(yōu)于母材。金屬基復(fù)合材料的特點：⑵、制造難度大。⑶、材料適應(yīng)用環(huán)境能力強，如高溫、高強度、高耐蝕、高耐磨等。3.6、金屬復(fù)合材料的凝固1、金屬基纖維強化復(fù)合材料3.6.2：金屬基人工復(fù)合材料的凝固金屬基-纖維強化相的潤濕性等？2、金屬基顆粒強化復(fù)合材料關(guān)于顆粒強化相的粒度、份額、形狀、潤濕性等的影響？3.6、金屬復(fù)合材料的凝固1、共晶合金定向凝固法制造復(fù)合材料？3.6.3：金屬基自生復(fù)合材料的凝固

—相體積百分數(shù)

—相體積百分數(shù)—熔化比熵—液相溶質(zhì)擴散系數(shù)—液相線斜率—片間距—棒狀復(fù)合體半徑—定向結(jié)晶速度3.6、金屬復(fù)合材料的凝固溫度梯度越大，凝固速率越快，因而片間距λ（棒半徑r）越小(已被實驗證明)。如書上圖3-50,p1193.6、金屬復(fù)合材料的凝固2、直接氧化法制造復(fù)合材料⑴、唯一基體法？⑵、預(yù)制形體法？如書上圖3-72如圖3.6、金屬復(fù)合材料的凝固3、反應(yīng)生成法XDTM簡介？如圖反應(yīng)生成法XDTM特點：⑴、熱穩(wěn)定性好。⑵、增強相類型、形態(tài)可選擇、設(shè)計。⑶、各種金屬與金屬間化合物均可為基體。⑷、可加工性好。3.7、鑄件凝固組織的形成與控制3.7.1、鑄件宏觀凝固組織的特征與形成機理如鑄錠宏觀組織圖3.7.2、鑄件宏觀凝固組織的控制1、鑄件宏觀凝固組織對鑄件性能的影響⑴、表面細等軸晶的影響？⑵、柱狀晶的影響？顯微縮松少，晶間夾雜少，組織致密，但力學(xué)性能有明顯方向性。3.7、鑄件凝固組織的形成與控制如鑄錠宏觀組織圖⑵、中心大等軸晶的影響？力學(xué)性能無方向性，晶間夾雜與缺陷分布均勻，但顯微縮松多，支晶發(fā)達，組織不致密。3.7、鑄件凝固組織的形成與控制2、鑄件宏觀凝固組織的控制⑴、合理控制熱力學(xué)條件？盡量減少柱狀晶區(qū)，增加等（細）軸晶區(qū)。3.7、鑄件凝固組織的形成與控制⑵

、加入生核劑？⑶、攪拌對流3.8、熔池凝固及焊縫金屬組織3.8.1、焊接熔池結(jié)晶特點與結(jié)晶形態(tài)1、熔池結(jié)晶特點2、熔池金屬結(jié)晶過程3.8、熔池凝固及焊縫金屬組織

R—晶粒長大平均速率—焊接速度厚大焊件表面快悍：薄板自動堆悍：如圖

晶粒長大平均速率與焊接速率的關(guān)系

如圖3.8、熔池凝固及焊縫金屬組織⑴、晶粒長大平均速率與方向變化？對薄板自動堆悍，當(dāng)y=OB、y=0討論？如圖討論當(dāng)y=OB時晶粒長大平均速率為零，生長方向垂直于溶合線；當(dāng)y=0時晶粒長大平均速率等于焊接速度（最大），生長方向與x軸（焊接速度方向）一致。3.8、熔池凝固及焊縫金屬組織⑵、焊接工藝參數(shù)對晶粒長大平均速率與方向變化？

焊接速率v對晶粒生長方向θ的影響？如圖焊接速率v對晶粒生長速率R的影響？如書上圖3-83結(jié)晶潛熱晶粒生長速率R的影響？如書上圖3-84如圖討論3.8、熔池凝固及焊縫金屬組織3.8.2、焊縫金屬組織1、焊接條件下結(jié)晶形態(tài)據(jù)成分過冷判據(jù)與書上圖3-85講解？純金屬

—液相實際溫度梯度

—合金溶質(zhì)濃度—液相溶質(zhì)擴散系數(shù)—液相線斜率3.8、熔池凝固及焊縫金屬組織2、結(jié)晶形態(tài)對焊縫性能的影。按書上圖3-893、改善焊縫金屬組織。變質(zhì)與振動3.9、液態(tài)金屬特殊條件下的凝固3.9.1、快速凝固1、快速凝固基本原理⑴、急冷技術(shù)原理快速凝固：以極快速度（104～109℃/s）冷卻或深冷。避免同時結(jié)晶晶核數(shù)—潛熱分散釋放。避免同時結(jié)晶量—提高熔體散熱表面積。3.9、液態(tài)金屬特殊條件下的凝固⑵、深過冷技術(shù)原理避免或減少與熔池壁接觸—均質(zhì)形核。2、快速凝固技術(shù)⑴、模冷技術(shù)？⑵、霧化技術(shù)？⑶、表面熔化與沉積技術(shù)？如圖3.9、液態(tài)金屬特殊條件下的凝固⑴、微觀組織特點⑵、性能特點3、快速凝固晶態(tài)合金特點組織細化（<1μm），成分均勻，缺陷密度大形成亞穩(wěn)相，空位增多？晶界強韌化，微疇強韌化，微觀裂紋減少？3.9、液態(tài)金屬特殊條件下的凝固3.9.2、定向凝固1、定向凝固基本法按書上圖3-90—3-92講解定向凝固條件：一、固液界面保持平面（大溫度梯度）。二、高過熱（避免異質(zhì)形核）。3.9、液態(tài)金屬特殊條件下的凝固1、定向凝固晶態(tài)合金特點性能各向異性。如圖⑴、組織特點⑵、性能特點純金屬定向凝固組織為柱狀晶；合金定向凝固組織為柱狀樹枝晶；冷卻速度大，偏析小。本章結(jié)束

請認真復(fù)習(xí)并做完作業(yè)

p149：

6、9、11、18、29、32雙原子作用力與勢能示意圖還原雙原子作用力示意圖還原晶體物質(zhì)在不同溫度下狀態(tài)還原原子（或分子）排列近程有序。原子（或分子）排列長程有序。液體：原子（或分子）排列無序。氣體：固體：敘述還原

Q—外界提供熱能?！鱑

—內(nèi)能變化。pdV—膨脹功△H

—熱焓變化（熔化潛熱）。熵變還原配位數(shù)還原

700℃鋁原子分布圖還原

空間圖4πr2ρdr實際700℃液體鋁理想700℃液體鋁700℃固體鋁原子分布還原mol定義還原根據(jù)摩爾的定義：1mol=6.0221367×1023

來衡量其他物質(zhì)中所含基本單元數(shù)目的多少。12gC12中所含的碳原子數(shù)目就是1mol，即摩爾這個單位是以12gC12

中所含原子的個數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)。雷諾數(shù)還原

Re—雷諾數(shù)υ—平均流速v—流體運動粘度（m2/s）

μ—流體動力（絕對）粘度（Pa.s=N.s/m2）對非圓截面管道

R—截面水力半徑—濕周A—有效截面積流體動力（絕對）粘度

還原不同通流截面水力半徑還原表面張力示意圖還原

還愿2界面張力還原界面張力還原潤濕角還原如下圖潤濕角大小的討論還原固液界面張力

？附加壓力的形成還原

還原2f1—氣體質(zhì)點對液體作用力f2—液體質(zhì)點對液體作用力f3—固體質(zhì)點對液體作用力附加壓力的形成還原附加壓力對鑄件粗造度的影響還原薄壁鑄件枝支晶補縮還原薄壁鑄件還原結(jié)晶溫度范圍狹窄結(jié)晶溫度范圍狹窄結(jié)晶溫度范圍較寬示意圖

還原Fe-Fe3C二元合金相圖（組織、相區(qū)）還原液態(tài)金屬沖型能力測試模型沖型物理模型還原Fe-Fe3C二元合金相圖（組織、相區(qū)）還原沖型過程假設(shè)還原

1、鑄型與液態(tài)金屬接觸表面的溫度在澆鑄過程中不變。2、液態(tài)金屬在型腔中等速流動3、液流橫斷面上溫度均勻。

4、熱量沿垂直型腔方向傳導(dǎo)（問題），液流表面無熱輻射，沿液流方向無熱流。Fe-Fe3C二元合金相圖（成分、溫度）還原沖型過程假設(shè)還原

1、鑄型與液態(tài)金屬接觸表面的溫度在澆鑄過程中不變。2、液態(tài)金屬在型腔中等速流動3、液流橫斷面上溫度均勻。

4、熱量沿垂直型腔方向傳導(dǎo)，液流表面無熱輻射，沿液流方向無熱流。Fe-Fe3C二元合金相圖還原中間注式澆注系統(tǒng)還原泰勒級數(shù)泰勒級數(shù)泰勒級數(shù)還原當(dāng)

時：泰勒級數(shù)當(dāng)時：合金沖型能力（通流長度）推導(dǎo)當(dāng)時：合金沖型能力（通流長度）推導(dǎo)阻塞區(qū)△x與l，相比很小，可忽略。結(jié)晶區(qū)域狹窄，可得：可得：合金沖型能力（通流長度）推導(dǎo)還原Fe-Fe3C二元合金相圖（組織、相區(qū)）還原吉布斯自由能含義擊還原

吉布斯自由能的物理含義：是在等溫等壓過程中，除體積變化所做的功以外，從系統(tǒng)所能獲得的最大功。換句話說，在等溫等壓過程中，除體積變化所做的功以外，系統(tǒng)對外界所做的功只能等于或者小于吉布斯自由能的減小。吉布斯自由能含義還原吉布斯自由能含義擊還原

吉布斯自由能的物理含義：是在等溫等壓過程中，除體積變化所做的功以外，從系統(tǒng)所能獲得的最大功。換句話說，在等溫等壓過程中，除體積變化所做的功以外，系統(tǒng)對外界所做的功只能等于或者小于吉布斯自由能的減小。金屬結(jié)晶過程自由能變化還原熱力學(xué)障礙：界面自由能。動力學(xué)障礙：原子激活自由能—△GA?！鱃均—r曲線還原△G均—r曲線金屬結(jié)晶過程自由能變化還原吉布斯自由能與溫度的關(guān)系還原I—△T曲線還原金屬結(jié)晶過程自由能變化還原金屬結(jié)晶過程自由能變化還原3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)均質(zhì)形核使自由能變化△G均如圖臨界晶核還原異質(zhì)形核異質(zhì)形核模型3.2、凝固熱力學(xué)與動力學(xué)還原異質(zhì)形核模型還原

還原2均質(zhì)形核異質(zhì)形核還原均質(zhì)形核異質(zhì)形核還原異質(zhì)（均質(zhì)）形核與過冷度的關(guān)系還原適配度還原as—雜質(zhì)原子間距。ac—晶核原子間距。晶核與雜質(zhì)原子完全共格，形核能力強。晶核與雜質(zhì)原子部分共格，有一定形核能力晶核與