凝固过程的溶质再分配

关于凝固过程的溶质再分配第1页，共33页，2023年，2月20日，星期三序言观察图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2第2页，共33页，2023年，2月20日，星期三§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？3第3页，共33页，2023年，2月20日，星期三自学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4第4页，共33页，2023年，2月20日，星期三§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

5第5页，共33页，2023年，2月20日，星期三§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

6第6页，共33页，2023年，2月20日，星期三曲率对溶质平衡分配系数的影响曲率越大，平衡分配系数越大（越接近1），溶质富集现象越轻！7第7页，共33页，2023年，2月20日，星期三压力对C0的影响压力超过100个大气压，才对平衡分配系数产生影响！8第8页，共33页，2023年，2月20日，星期三§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

9第9页，共33页，2023年，2月20日，星期三§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

界面曲率的影响

压力的影响

10第10页，共33页，2023年，2月20日，星期三K0<1练习：填写相区，写出平衡分配系数表达式，判断k0值。11第11页，共33页，2023年，2月20日，星期三K0>1练习：判断该合金属于哪种合金（k0大于1，还是小于1？）AB12第12页，共33页，2023年，2月20日，星期三13第13页，共33页，2023年，2月20日，星期三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114第14页，共33页，2023年，2月20日，星期三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15第15页，共33页，2023年，2月20日，星期三界面成分与界面溶质分配系数第2课时16第16页，共33页，2023年，2月20日，星期三问题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）。17第17页，共33页，2023年，2月20日，星期三SLCs（eq）CL（eq）C（To）Cs1Cs2Cs1C0GsGLGCs1C,%18第18页，共33页，2023年，2月20日，星期三问题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19第19页，共33页，2023年，2月20日，星期三问题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？TLT0TSC,%T从相图上画出其区域？20第20页，共33页，2023年，2月20日，星期三讨论2、图2-25的意义SLCs（eq）CL（eq）C（To）21第21页，共33页，2023年，2月20日，星期三可能的固相成分范围22第22页，共33页，2023年，2月20日，星期三什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23第23页，共33页，2023年，2月20日，星期三讨论何谓稳态凝固？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。24第24页，共33页，2023年，2月20日，星期三25第25页，共33页，2023年，2月20日，星期三26第26页，共33页，2023年，2月20日，星期三27第27页，共33页，2023年，2月20日，星期三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v为分子或原子扩散速度为一个与溶质浓度无关的常数

28第28页，共33页，2023年，2月20日，星期三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29第29页，共33页，2023年，2月20日，星期三30第30页，共33页，2023年，2月20日，星期三课外练习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。31第31页，共33页，2023年，2月20日，星期三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