材科基知识点总结29-凝固与结晶

1结晶液态金属转变为金属晶体的过程。实质是由不稳定的具有近程有序排列的原子集团的液体结构转变为稳定的长程有序...



1[b]结晶

液态金属转变为金属晶体的过程。实质是由不稳定的具有近程有序排列的原子集团的液体结构转变为稳定的长程有序的晶体结构。

2[b]液态金属结构

液态金属是由近程有序排列的原子集团所组成。这些原子集团不是稳定的，瞬时形成，瞬时消失，与系统的能量起伏相对应，这些原子集团的尺寸也是不同的，形成结构上的起伏。

3[b]过冷现象

金属的实际结晶结晶Tn与理论结晶温度Tm之差，称为过冷度。以ΔT表示，ΔT=Tm-Tn。

过冷度取决于金属本性和纯度及冷却速度。金属不同，过冷度不同；纯度高，过冷度大；冷却速度越大，过冷度越大。

4[b]结晶潜热

结晶时从液相转变为固相放出的热量

5[b]熔化潜热

金属溶化时从固相转变为液相吸收的热量。

6[b]相变潜热

一摩尔物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸引的热量。

7[b]孕育期

当液态金属过冷至理论结晶温度以下的实际结晶温度时，晶核并未立即出生，而是经过一定的时间后才开始出现第一批晶核。结晶开始前的这段停留时间称为孕育期。

8[b]理论结晶温度Tm

两相的自由能相等，即：GL=GS，它表示两相可以同时共存，同样的稳定性。

9[b]为什么结晶温度一定要低于理论结晶温度？

由热力学知：状态自由能：G=H-TS，dG=VdP-SdT，等压条件下，dP=0，固dG=-SdT或者dG/dT=-S。

由于液态SL>SS，固液相自由能下降的快，所以只有当温度低于Tm时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属。

如果温度高于Tm，液态金属不能转变为固态。固态和液态两相自由能的变化之差构成了金属结晶的驱动力。

10[b]推导单位体积自由能ΔGV的变化与过冷度ΔT的关系

因为ΔGV=GL-GS，所以ΔGV=HL-TSL-（HS-TSS）=（HL-HS）-T（SL-SS）

由于HL-HS=Lm熔化潜热。

当温度T=Tm时，ΔGV=0，

即Lm=T（SL-SS）=TΔS

当T〈Tm，时，由于ΔS变化小，视为常数，得ΔGV=Lm-T（Lm/ Tm）= Lm（ΔT/Tm）

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