第5讲-凝固过程的溶质再分配

1第4讲溶质的平衡分配核心问题：合金凝固过程的溶质如何在液固相间分配？2序言•观察图2-20，着重体会下列问题：–相平衡时各相的溶质含量之间的联系。定值，不随初始成分变化！–比较不同温度下的固液两相的溶质平衡浓度之比是否变化？变化•引入课题——凝固过程的溶质平衡分配第1课时3§1.4凝固过程的溶质再分配思考几个问题•为什么出现偏析现象，是必然还是偶然？•用什么量描述偏析倾向大小？•如何根据热力学数据计算或确定偏析倾向？•哪些因素影响偏析倾向？4自学P66-72，20分钟•着重理解下列概念–溶质平衡分配系数：定义式、理论计算式–溶质平衡分配系数与液相线斜率之间的关系–压力和曲率对溶质平衡分配系数的影响作用5§1.4凝固过程的溶质再分配——总结•溶质平衡分配系数的概念–恒温条件下固相溶质浓度与液相溶质浓度达到平衡时的比值LSCCk06§1.4凝固过程的溶质再分配——总结•溶质平衡分配系数的计算–二元合金溶质平衡分配系数的热力学计算公式lmmmRTHk201曲率对溶质平衡分配系数的影响7曲率越大，平衡分配系数越大（越接近1），溶质富集现象越轻！压力对C0的影响8压力超过100个大气压，才对平衡分配系数产生影响！9§1.4凝固过程的溶质再分配——总结•溶质平衡分配系数的影响因素–界面曲率对溶质平衡分配系数的影响–压力对对溶质平衡分配系数的影响msBmsmsBmRTkVxRTkVkk,,0'01)1(1mBmRTpVkk10''010§1.4凝固过程的溶质再分配——总结•压力和界面曲率对液相线斜率的影响mmLHkRTm)1('02'mmLHkRTm)1(02界面曲率的影响压力的影响11K01练习：填写相区，写出平衡分配系数表达式，判断k0值。12K01练习：判断该合金属于哪种合金（k0大于1，还是小于1？）AB1314练习总结•溶质平衡分配系数的值与相图的联系•Ko小于1——共晶反应、固熔体•随着溶质含量提高，凝固平衡温度降低——绝大多数如此•数值越小，固相线和液相线的斜率差越大。•Ko大于1——特殊包晶反应•随着溶质含量提高，凝固平衡温度提高•数值越大，固相线和液相线的斜率差越大，结晶温度范围越大。•过共晶合金的Ko如何计算？溶质！均为小于115练习•试根据溶质平衡分配系数画出凝固体系的溶质分布图CLCS固液界面液相区固相区16界面成分与界面溶质分配系数第2课时17问题1：•具体凝固条件下固液界面上液相成分和固相成分究竟是多少？根据L、S的G-X曲线利用公切线法可以确定平衡凝固条件下的液相成分和固相成分。根据液相G-X曲线的切线与固相G-X线的交点确定可能的固相成分范围（两交点间）。18SLCs（eq）CL（eq）C（To）Cs1Cs2Cs1C0GsGLGCs1C,%19问题2：•什么条件下固相成分等于合金的原始成分？（稳定态凝固）条件1：固相成分可能范围必须包含C0。如果与成分为C0的液相共存的固相可能的成分范围包括原始成分C0，则固相成分等于合金的原始成分是可能的。如果与成分为C0的液相共存的固相可能的成分范围不包括原始成分C0，则固相成分不可能等于合金的原始成分。条件2：C0成分的固相G必须低于平衡成分CS(eq)对应的G。否则会趋向熔化。条件3：温度低于固相线温度20问题3•发生稳定态凝固的条件是什么？–合金成分范围？–凝固温度范围？)(eqScc0)(0cTTsTLT0TSC,%T从相图上画出其区域？21讨论•2、图2-25的意义SLCs（eq）CL（eq）C（To）可能的固相成分范围2223•什么情况下界面的固相成分可能与液相成分相同？–To温度下凝固——无扩散凝固24讨论•何谓稳态凝固？–固相成分等于合金原始成分–无偏析！–当出现扰动时，能够恢复到原来状态。即C0处的吉布斯自由能最小•稳态凝固的条件：–图2-28、2-29、2-30，2-31–在极慢或极快的凝固条件下都可以获得。25262728讨论•非平衡凝固时界面上固液两相的成分的关系如何描述？–界面溶质分配系数–与平衡分配系数的关系vkfkk)1(*0****LSCCkv为分子或原子扩散速度为一个与溶质浓度无关的常数29讨论与总结•界面溶质分配系数的影响因素–晶体的长大速度f–分子的扩散速度v–平衡分配系数k0–分子的解离系数•界面溶质分配系数的实验测定–定向凝固淬火法3031课外练习P78•习题2.8•习题2.9。补充说明：反应系数即解离常数与扩散速度的乘积。•补充题：试画图说明平衡凝固、快速凝固（非平衡凝固）和近平衡凝固的固液界面附近的溶质分布规律。32凝固热力学小结•液态金属的结构和遗传性•凝固的驱动力和平衡温度•三种凝固类别条件下的溶质再分配–平衡凝固:界面和相内的扩散均达到平衡，溶质平衡分配k0–非平衡凝固：界面和相内的扩散均达不到平衡，界面溶质分配系数k*–近平衡凝固：界面上扩散达到了平衡，相内未达到平衡，溶质有效分配系数LseCCk*