凝固過程的溶質(zhì)再分配

關(guān)于凝固過程的溶質(zhì)再分配2序言觀察圖2-20，著重體會下列問題：相平衡時各相的溶質(zhì)含量之間的聯(lián)系。定值，不隨初始成分變化！比較不同溫度下的固液兩相的溶質(zhì)平衡濃度之比是否變化？變化引入課題——凝固過程的溶質(zhì)平衡分配第1課時第2頁,共33頁，2024年2月25日，星期天3§1.4凝固過程的溶質(zhì)再分配思考幾個問題為什么出現(xiàn)偏析現(xiàn)象，是必然還是偶然？用什么量描述偏析傾向大??？如何根據(jù)熱力學數(shù)據(jù)計算或確定偏析傾向？哪些因素影響偏析傾向？第3頁,共33頁，2024年2月25日，星期天4自學P66-72，20分鐘著重理解下列概念溶質(zhì)平衡分配系數(shù)：定義式、理論計算式溶質(zhì)平衡分配系數(shù)與液相線斜率之間的關(guān)系壓力和曲率對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的影響作用第4頁,共33頁，2024年2月25日，星期天5§1.4凝固過程的溶質(zhì)再分配

——總結(jié)溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的概念

恒溫條件下固相溶質(zhì)濃度與液相溶質(zhì)濃度達到平衡時的比值

第5頁,共33頁，2024年2月25日，星期天6§1.4凝固過程的溶質(zhì)再分配

——總結(jié)溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的計算二元合金溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的熱力學計算公式

第6頁,共33頁，2024年2月25日，星期天7曲率對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的影響曲率越大，平衡分配系數(shù)越大（越接近1），溶質(zhì)富集現(xiàn)象越輕！第7頁,共33頁，2024年2月25日，星期天8壓力對C0的影響壓力超過100個大氣壓，才對平衡分配系數(shù)產(chǎn)生影響！第8頁,共33頁，2024年2月25日，星期天9§1.4凝固過程的溶質(zhì)再分配

——總結(jié)溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的影響因素界面曲率對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的影響壓力對對溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的影響

第9頁,共33頁，2024年2月25日，星期天10§1.4凝固過程的溶質(zhì)再分配

——總結(jié)壓力和界面曲率對液相線斜率的影響

界面曲率的影響

壓力的影響

第10頁,共33頁，2024年2月25日，星期天11K0<1練習：填寫相區(qū)，寫出平衡分配系數(shù)表達式，判斷k0值。第11頁,共33頁，2024年2月25日，星期天12K0>1練習：判斷該合金屬于哪種合金（k0大于1，還是小于1？）AB第12頁,共33頁，2024年2月25日，星期天13第13頁,共33頁，2024年2月25日，星期天14練習總結(jié)溶質(zhì)平衡分配系數(shù)的值與相圖的聯(lián)系Ko小于1——共晶反應、固熔體隨著溶質(zhì)含量提高，凝固平衡溫度降低——絕大多數(shù)如此數(shù)值越小，固相線和液相線的斜率差越大。Ko大于1——特殊包晶反應隨著溶質(zhì)含量提高，凝固平衡溫度提高數(shù)值越大，固相線和液相線的斜率差越大，結(jié)晶溫度范圍越大。過共晶合金的Ko如何計算？溶質(zhì)！均為小于1第14頁,共33頁，2024年2月25日，星期天15練習試根據(jù)溶質(zhì)平衡分配系數(shù)畫出凝固體系的溶質(zhì)分布圖CLCS固液界面液相區(qū)固相區(qū)第15頁,共33頁，2024年2月25日，星期天16界面成分與界面溶質(zhì)分配系數(shù)第2課時第16頁,共33頁，2024年2月25日，星期天17問題1：具體凝固條件下固液界面上液相成分和固相成分究竟是多少？根據(jù)L、S的G-X曲線利用公切線法可以確定平衡凝固條件下的液相成分和固相成分。根據(jù)液相G-X曲線的切線與固相G-X線的交點確定可能的固相成分范圍（兩交點間）。第17頁,共33頁，2024年2月25日，星期天18SLCs（eq）CL（eq）C（To）Cs1Cs2Cs1C0GsGLGCs1C,%第18頁,共33頁，2024年2月25日，星期天19問題2：什么條件下固相成分等于合金的原始成分？（穩(wěn)定態(tài)凝固）條件1：固相成分可能范圍必須包含C0。如果與成分為C0的液相共存的固相可能的成分范圍包括原始成分C0

，則固相成分等于合金的原始成分是可能的。如果與成分為C0的液相共存的固相可能的成分范圍不包括原始成分C0

，則固相成分不可能等于合金的原始成分。條件2：C0成分的固相G必須低于平衡成分CS(eq)對應的G。否則會趨向熔化。條件3：溫度低于固相線溫度第19頁,共33頁，2024年2月25日，星期天20問題3發(fā)生穩(wěn)定態(tài)凝固的條件是什么？合金成分范圍？凝固溫度范圍？TLT0TSC,%T從相圖上畫出其區(qū)域？第20頁,共33頁，2024年2月25日，星期天21討論2、圖2-25的意義SLCs（eq）CL（eq）C（To）第21頁,共33頁，2024年2月25日，星期天22可能的固相成分范圍第22頁,共33頁，2024年2月25日，星期天23什么情況下界面的固相成分可能與液相成分相同？To溫度下凝固——無擴散凝固第23頁,共33頁，2024年2月25日，星期天24討論何謂穩(wěn)態(tài)凝固？固相成分等于合金原始成分無偏析！當出現(xiàn)擾動時，能夠恢復到原來狀態(tài)。即C0處的吉布斯自由能最小穩(wěn)態(tài)凝固的條件：圖2-28、2-29、2-30，2-31在極慢或極快的凝固條件下都可以獲得。第24頁,共33頁，2024年2月25日，星期天25第25頁,共33頁，2024年2月25日，星期天26第26頁,共33頁，2024年2月25日，星期天27第27頁,共33頁，2024年2月25日，星期天28討論非平衡凝固時界面上固液兩相的成分的關(guān)系如何描述？界面溶質(zhì)分配系數(shù)與平衡分配系數(shù)的關(guān)系v為分子或原子擴散速度為一個與溶質(zhì)濃度無關(guān)的常數(shù)

第28頁,共33頁，2024年2月25日，星期天29討論與總結(jié)界面溶質(zhì)分配系數(shù)的影響因素晶體的長大速度f分子的擴散速度v平衡分配系數(shù)k0分子的解離系數(shù)界面溶質(zhì)分配系數(shù)的實驗測定定向凝固淬火法第29頁,共33頁，2024年2月25日，星期天30第30頁,共33頁，2024年2月25日，星期天31課外練習P78習題2.8

習題2.9。補充說明：反應系數(shù)即解離常數(shù)與擴散速度的乘積。補充題：試畫圖說明平衡凝固、快速凝固（非平衡凝固）和近平衡凝固的固液界面附近的溶質(zhì)分布規(guī)律。第31頁,共33頁，2024年2月25日，星期天32凝固熱力學小結(jié)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和遺傳性凝固的驅(qū)動力和平衡溫度三種凝固類別條件下的溶質(zhì)再分配平衡凝固:界面和相