材科基知识点总结31-凝固与结晶

1形核率单位时间单位体积液相中形成的晶核数目，以N表示，单位为cm-3/s。受两个因素控制：一方面是形核功。...



1[b]形核率

单位时间单位体积液相中形成的晶核数目，以N表示，单位为cm-3/s。

受两个因素控制：

一方面是形核功。随着过冷度的增加，晶核的临界半径和形核功减小，易于形核；

另一方面是原子扩散能力。临界形核或晶核长大，必须伴随着原子向晶核迁移，即受扩散能力影响。

因此形核率可用下式表示：N=N1N2

N1受形核功的影响的形核率因子

N2受原子扩散能力影响的形核因子

两者共同作用，使N曲线出现了极大值，开始时形核率随过冷度的增加而增大，当超过极大值后，形核率又随过冷度的增加而减小。

实际金属形核率N∝e-1/ΔT2,在达到极大值之前金属已凝固完全了。

2实际形核率和过冷度的关系

r*与r的过冷度关系曲线相交于ΔT*处，小于ΔT*时，液相中不存在具有r*大小的原子集团，因而不能形核，大于ΔT*时，液相中存在满足r*尺寸要求，而发生均匀形核。

ΔT*叫临界过冷度，也叫有效过冷度。有效过冷度大约等于0.2Tm(K)。

3[b]非均匀形核的能量条件

临界形核半径和形核功

非均匀形核时的临界晶核尺寸与均匀形核临界尺寸相同

而非均匀形核的形核功低于均匀形核的形核功。

4[b]非均匀形核的形核率和影响因素

1）过冷度：

过冷度越大，非均匀形核率也越大，与均匀形核对比，相同的形核功，非均匀形核需要更小的过冷度；相同的过冷度，需要更低的形核功。

2）外来夹杂：

①夹杂特性：θ越小，形核率越大，夹杂与固体晶核间的界面张力越小，提供大的形核率。有两类夹杂具有低的界面张力，可作为非均匀形核的基底，提供大的形核率，一类是同晶或活性夹杂，与固相具有相同的晶体结构；另一类是非同晶的难熔活化夹杂，其凹孔处包含难熔的同晶固相，可作为形核的基底。

②夹杂基底表面形态：形态不同，形成临界晶核的体积不同，凹形基底的夹杂形成临界晶核的体积最小，形核率大。

③夹杂数量：数量越多，非均匀形核率越大。

3）液体金属的过热：当液体温度过热，可使难熔夹杂熔化或是使其表面的活性去除，失去活化夹杂的特性减少活性夹杂数量。形核率下降。

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