钢液凝固的基本原理概述(PPT 53页)

钢液的凝固不仅是一个由液体转变为固体的物态变化过程，
而且也是一个复杂的物理化学变化过程。在钢液发生物态转变的同时，
还伴随有铸坯组织结构的形成、成分偏析、二次脱氧产物的生成与排出、气体的析出、
凝固收缩以及传热冷却等一系列的变化。钢液凝固条件的改变对铸坯的组织结构、
化学成分、力学性能将产生不同程度的影响。
§2—1金属的结晶条件
当温度降到凝固点以下时，金属便由液态转变为晶体状态，这一过程称为结晶，
也叫凝固。从金属内部结构看，发生了金属原子从近程有序
排列过渡到远程有序排列并固定下来的变化。
一.结晶的热力学条件
过冷度（ΔT）：
　理论结晶温度与实际结晶温度之差值。
金属结晶的热力学条件：
　必须具有一定的过冷度。
ΔT＝T0－Tn
如图：固液两相自由能与温度的关系
金属的结晶过程也是一个放热过程。结晶释放的潜热和逸散，是影响结晶过程的重要因素之一。
当潜热的释放等于或小于以一定速度冷却而散发到周围环境中去的热量时，
温度或保持恒定或不断下降，结晶可以继续进行，直至完全凝固，或达到新的平衡；
当释放的潜热大于散发掉的热量时，温度会回升，直到结晶停止进行，
甚至有时局部区域还会发生重熔现象。
二.结晶的动力学条件
1.晶核的形成
①均质形核
　在液相中直接产生晶核。即在一定的过冷度下，液态金属中一些体积很小的近程有序排列的“
原子集团”转变成规则排列并稳定下来的坯胎晶核，这一过程称为均质形核。
形成新相晶核系统自由能的变化包括：
A.在液相中形成晶核时引起体积自由能的降低；
B.形成晶核时产生固、液交界面导致表面自由能的增加。
系统获得的过冷度
越大，临界半径rk
越小，液态金属就
越容易结晶。
②异质形核
依靠液体金属中已经存在的固、液相质点形成晶核的过程。
实际上金属中或多或少都含有异相杂质，故金属结晶时大都为异质形核。
2.晶体的长大
⑴晶体的生长方式
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