压力下金属的结晶技术

压力下金属的结晶技术姓名：学号：目录CONTENTS压力对金属熔点的影响Part1压力对金属其他物性参数的影响Part2压力对金属状态图的影响Part3压力对结晶参数的影响Part4压力对金属或合金结晶组织的影响Part5压力对金属或合金气体析出的影响Part6压力结晶技术的应用Part7结晶压力是金属或合金凝固时的一个重要工艺参数。随着结晶压力的升高，金属或合金的物性参数、相图、凝固参数、凝固组织和性能都会发生明显的变化。1.引言2.压力对金属熔点的影响对正在结晶的液态金属施加压力会导致金属熔点的变化，利用克劳修斯一克拉珀龙方程可以描述金属熔点与凝固压力之间的关系：近似计算为：式中：p为压力（MPa），Tm为金属和合金的熔点（K），V液和V固为单位质量的液相和固相金属的体积（cm3/g），△Hm为单位质量金属的熔化潜热（J/g）表1.1常用金属熔点与附加压力的关系纯金属和共晶合金的熔点随压力变化的规律：(l)结晶时体积收缩的金属(v液-v固>0)，增加结晶时的压力，金属的熔点将升高(△T熔>0)，如铝、铜、镁、铁、镍、锌、铅、锡、镉等纯金属以及Al-Si、Fe-Fe3C共晶合金；反之，结晶时体积膨胀的金属(v液-v固<0)，增加结晶时的压力，金属的熔点将降低（△T熔<0），如铋、锑等纯金属以及Fe-C石墨共晶合金。所以，在相变过程中，增加压力促进形成比体积小的相和阻碍形成比体积大的相。(2)压力不太高时，金属的熔点与压力呈直线关系。(3)对于Al-Si共晶合金，合金熔点随压力的变化值为(2.6-3.0)×10-2℃/MPa；用Al-12%Si共晶合金的ф50mm×76mm铸锭进行柱塞挤压铸造，在352MPa下，测定其熔点的升高为11～12℃，即合金熔点随压力的变化实际值为(3.1～3.4)×10-2℃/MPa。(4)对于Fe-C系共晶合金，加压使Fe-C石墨合金共晶点温度下降；加压使Fe-Fe3C合金共晶点温度上升。(5)一些实验结果表明，曾经在高压下凝固过的金属，若重新在常压下凝固，其熔点还有一定程度的提高（凝固时体积收缩）或降低（凝固时体积膨胀），如：分别在200MPa和2000MPa压力下凝固过的锌试样，在常压下重新凝固时，其熔点分别提高了3和6℃；与此相似，锡、镉也提高了熔点，而铋则降低了熔点。3.压力对金属其他物性参数的影响对正在结晶的液态金属施加压力，还会导致其他物性参数的变化，主要是金属的导热率、密度、比热和结晶潜热。3.1导热率(λ)在压力下凝固，由于金属结晶的致密化，缩短了原子间的平均距离，使金属的导热率(λ)有一定的提高，但提高幅度有限，尚不能明显地提高金属的凝固速度，例如：ф20mm×60mm的T1纯铜铸锭在一个大气压力下凝固，其导热率为326～335kcal/(h·m·℃)，而在150MPa柱塞压力下凝固，相应导热率为352～356kcal/(h·m·℃)。3.2密度(γ)在一定的压力范围内，随着压力的增加，结晶金属的密度有明显的提高.表1.2结晶压力对些金属和合金密度的影响4.压力对金属状态图的影响金属与合金的熔点随结晶压力的改变仅仅是压力改变合金状态图的一个方面。经过理论计算和大量实验证明：结晶压力的改变会导致金属状态图发生较大的变化，如改变合金相变点的位置、改变相区的范围、改变已知相的性质、形成新相或新相区等。5.压力对金属结晶参数的影响液态金属结晶过程的实质是：在液相中形成结晶核心和随后的晶核长大。因此，结晶过程可以用两个参数来评价:

1.形核率n(1/(cm3·s));

2.长大速度R(cm/s)。5.1压力对临界晶核形成功和临界晶核半径的影响①对于结晶时体积收缩的金属与合金，即v液-v固>0者，不论是自发形核，还是非自发形核，增加压力，均减小临界晶核尺寸(r*)和形核功（△G*或△G*he），有利于形核。②对于结晶时体积膨胀的金属与合金，即v液-v固<0者，不论是自发形核，还是非自发形核，增加压力，均增大临界晶核尺寸(r*)和形核功（△G*或△