成分过冷的条件_纯金属凝固时生长形态_合金凝固时生长(4)

k L m

dT

GS S L

界面

dT dx

当界面液相一侧形成负温度梯度时： ＜0 ，图4-10，纯金属界面前方获得 大于Δ Tk的过冷度。这种仅由熔体存在的负温度梯度所造成的过冷，习惯 上称为“热过冷”，以区别于“成分过冷”。

S

GS

L

GL

界 面 ~Tm-Δ Tk

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纯金属的晶体长大主要与传热有 关，其凝固方式有单向凝固与等轴 凝固2种情况。 1）在单向凝固条件下，在固一液界 面前沿温度梯度总是正的，GL＞o。 如果固一液界面产生波动时，则在凸 入液相的尖端处(A截面)，液相中的 温度梯度增加，而固相中的温度梯度 减少，因此，液相中较多的热量流向 尖端，但却又较少地从尖端处向固相 内排出，其结果是是凸出部分被熔 化，界面扰动消失。因此，纯金属在 单向凝固条件下，其固一液界面形貌 为稳定的平界面。 2）在等轴晶的条件下，情况却完全 不同，由于结晶潜热的放出，在生长 前沿液相内部的温度梯度为负，而在 固相内的温度梯度为‘o”，一旦因扰 动引起晶体表面出现凸凹不平时，在 凸入液相的尖端部分，液相内有大的 温度梯度，而在凹下部分温度梯度较 小(点画线所示)，热流大量从晶体的 尖端处排向液相，从而增加了这里

的长大速度，使尖端处更向液相内部推进，有 利于枝晶的形成。因此，

纯金属在等轴凝固的 条件下，其界面是不稳定的，结晶形貌为枝品 形式。但是由于没有成分的偏析，这种约金属 的枝品形貌在凝固完全结束后是观察不到的。

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（2）成分过冷对合金晶体形貌的影响

合金的凝固更大程度上是受传质的影响。 当溶质再分配引起的界面前沿平衡凝固点的变化， 合金的生长方式取决于界面前沿的液相中实际温度 和液相平衡凝固点的分布。 1）平面生长（Planer intece growth） 2）胞状生长（Cellular intece growth） 3）枝晶状生长（Dendritic intece growth） 4）自由树枝晶的生长(free dendritic intece growth) 合金成分、长大速度和温度梯度对合金液体的 生长方式的影响为： 平面晶是C0=0的特殊情况。当C0一定时，G↓， 或R↑时，晶体形貌由平面晶依次发展为胞状树 枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶；而当G、R一定时， 随C0晶体形貌也同样由平面晶依次发展为胞状树枝晶 、柱状树枝晶、等轴树枝晶。

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5. 胞状晶组织

（1）胞状晶组织的形成 （2）胞状树枝晶 （3）胞晶间距

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（1）胞状晶组织的形成

成分过冷使平的生长界面遭到破坏时，宏观组织上即会出现胞状晶。 其形成的发展过程：当 GL ? mLC0 ?1 ? K 0 ? 成分过冷刚出现时，在固液界面上先出 R K0 现 溶质富集的凹坑（痘点），即平界面遭到破坏时的临界状态， 出现规则分布的痘点，与界面稳定性动力学理论中的固液界面的正弦波有关，波谷 处 溶质富集、波峰处稀薄，形成环形突起。 ? 干扰的作用下界面上产生微小“凸起”，如前方有成分过冷存在，凸起部位即向 前方长大，同时侧向也在生长。 ? K0＜1时：沟槽内溶质扩散到前方熔体比端部速度小→沟槽内溶质富集→溶点降 低→抑制着“凸起”的横向生长速度，形成一些由低熔点溶质汇集区→构成的网 络状沟槽。 ? 试验表明，形成胞状界面的成分过冷区的宽度约在0.0l一0.1cm之间。发展良好的 规则胞状界面具有正六边形槽沟结构。 ? 在平面形态到规则的胞状界面之间，随着成分过冷的不同，界面形态呈现出若干 过渡形式： “痘点” →沟槽→不规则的胞状界面 →狭长的胞状界面→规则胞状态。 20 胞状晶往往不是彼此分离的晶粒，这些胞状晶源于1个晶粒，因此，胞状晶可认为 是

（2）胞状树枝晶

胞状晶的生长方向垂直于固-液界面，与热流相反而与晶体学 取向无关. 但是当凝固速度增加时，界面前方的成分过冷区逐渐加宽 [随着GL/R的减小（GL变小，R增加）胞晶的生长方向开始转向 优先的结晶学方向（立方晶体金属为<100>）胞晶凸起伸向熔体更 远处，胞晶的横断面也将受晶体学因素的影响而出现凸缘结