52648材料成形基本原理遒習(xí)題解答第4章答案

1.試述等壓時(shí)物質(zhì)自由能G隨溫度上升而下降以及液相自由能GL隨溫度上升而下降的斜率大于固相GS的答：(1G 爾關(guān)系式

dF(x,yF

Fdxydy y

得

G

G

G

G T

PdG

GdP=0

G SL＞SS

T

G T P

P即液相自由能GL隨溫度上升而下降GS的斜率。24-1及式（4-6）ΔT是影響凝固ΔG的決定因素。答：過(guò)冷度ΔT 是影響凝固相變驅(qū)動(dòng)力ΔG的決定因素的理由如下：GVTm表示液-固平衡凝固點(diǎn)T>Tm時(shí)，ΔG=Gs-GL﹥0，此 T=Tm時(shí)，ΔG=Gs-GL=0，此 T<Tm時(shí)，ΔG=Gs-GL＜0，此時(shí) 所以ΔG即為相變驅(qū)動(dòng)力。

G

H

TVTm（其中：ΔHm—熔化潛熱，ΔT(TmT—過(guò)冷度素。（1）r＜r*Gr（晶體半徑）增大而升高（r=r*時(shí)，產(chǎn)生的晶核處于介穩(wěn)狀態(tài)，微小晶體既可消散也可生長(zhǎng)；r＞r*Gr增大而降低（ΔG雖在一定范圍仍為正值，r增大而減小ΔG*的意義如下：由形核功的：

V G

Sm SL

HmT

（均質(zhì)形核

=163T 23coscos3 LS S

（非均質(zhì)形核 THm ΔG*∝ΔT－2，ΔTΔG*越大，ΔT→0時(shí)，ΔG*→∞（形核能壘趨于無(wú)窮大1819

2

2SLVsHm

r*=2SLVS2

V HVm

V G

3 Sm

SL

mT163T 223coscos3* LS

THm 積小得多時(shí)便可達(dá)到臨界晶核半徑。ΔG1(23coscos3)G

23coscos30~1之間變化（4-1所示4 ΔGf()顯然接觸角

hoho

首先，非均質(zhì)形核必須滿足在液相中分布有一些雜質(zhì)顆粒或鑄型表面來(lái)提供形核基底。其次，接觸角 180180G*=ΔG* acaN （aN—結(jié)晶相點(diǎn)陣間隔，aC—雜質(zhì)點(diǎn)陣間隔δσSC4-11G*G*稍許增大使501001022倍。由此也可以推論，非均質(zhì)形核的形核率可SS力學(xué)性質(zhì)，即結(jié)晶物質(zhì)的熔融熵

（Hm（

~f為單個(gè)原子的熔融熵-（或略Sm的Sm更高的物質(zhì)（C、Si等非金屬，及一些金屬間化合物）為光滑界面。H~H mkTmJackson-值時(shí)相對(duì)自由能與界面原子占據(jù)2＜5時(shí)，ΔFSx中心位置的兩旁（x=0或x=1處有一定距離）晶體生長(zhǎng)的固-液界面結(jié)構(gòu)，也具有重要影響。對(duì)于密排晶面，η/ν值是高的，對(duì)于非密排晶面，η/ν值是低值越小。這說(shuō)明非密排晶面作為晶體表面（固-液界面）時(shí)，微觀界面結(jié)構(gòu)容易成為粗糙界面。舉例來(lái)看，若將=2

=0.5同時(shí)代入判別式，單個(gè)原子的熔融熵為：

Hmk/~ ~2k

4k，對(duì)于一摩爾，熔融熵

粗糙度減小，容易形成光滑界面。濃度小的物質(zhì)結(jié)晶時(shí)，界面生長(zhǎng)易按臺(tái)階的側(cè)面擴(kuò)展方式進(jìn)行（固-液界面原子層厚度小，從而即使＜2液界面也可能有光滑界面結(jié)構(gòu)特征。易程度的差別，奧氏體生長(zhǎng)過(guò)程仍具有輕微的各向異性趨勢(shì)，其低指數(shù)面的<100>，生長(zhǎng)過(guò)程具有（1）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)面生長(zhǎng)“側(cè)面生長(zhǎng)R1與實(shí)際過(guò)冷度ΔT1RDHmT （D為原子的擴(kuò)散系數(shù)，R為氣體常數(shù)，μ1為常數(shù)1R

b二維晶核臺(tái)階生長(zhǎng)的速度