发布时间 : 星期日 文章材料科学基础笔记1 - 图文更新完毕开始阅读
（1）晶体的长大时通过液体中单个或若干个原子同时依附到晶体的表面上，并按照晶面原子排列的要求与晶体表面原子结合起来，按原子尺度把相界面结构分为粗糙界面和光滑界面两类。
光滑界面：固相表面为基本完整的原子密排面，液固两相截然分开，从而从微观上看光滑的，但从宏观上，它往往由不同位向的小平面所组成，故呈折线状——小平面界面（概念重要）
粗糙界面：固液两相之间的界从微观上看是高低不平的，存在几个原子厚度的过渡层，但由于过渡层很薄，因此从宏观上看，界面显得平直，不出现曲折的小平面（概念重要）
（2）晶体长大方式和长大速率 a.连续长大——对应于粗糙界面
对于粗糙界面，由于界面上约有一半的原子位置空着，故液相的原子可以进入这些位置与晶体结合起来，晶体便连续向液相中生长——垂直生长
b.二维晶核——对应于光滑界面——此生长方式少见
二维晶核是指一定大小的单分子或单原子的平面薄层，在光滑界面上，二维晶核在相界面形成后，液相原子沿着二维晶核侧边所形成的台阶不断地附着上去，使此薄层很快扩展而铺满整个表面
c.借螺位错长大
可利用一个位错形成单一螺旋台阶，生长出晶须，这种晶须除了中心核心部分以外是完整的晶体。此生长方式的生长速率与动态过冷度的二次方成正比
6.纯晶体凝固时的生长形态
a.正温度梯度：随着离开液固界面的距离的增大，液相温度随之升高 在这种条件下，结晶潜热只能通过固相散出，相界面的推移速度受固相传热速度控制，晶体的生长以接近平面状态向前推移。对于光滑界面——台阶状生长；对于粗糙界面——平面状生长
b.负温度梯度——液相温度随离开液固界面的距离增大而降低
当相界面处的温度由于结晶潜热的释放而升高，使液相处于过冷条件时，则可能产生负温度梯度，相界面上产生的结晶潜热，即可通过固相也可通过液相而散失。
粗糙界面——树枝状生长 由于释放潜热，在枝晶旁侧的液体中呈负温度梯度，因此一次轴生长出小枝，导致二次轴，三次轴的树枝晶。（重要）
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第七章 二元相图
重点：会画自由能------成分曲线、枝晶偏析、离异共晶和非平衡共晶的区别、铁碳相图一定要会画以及计算、正常凝固以及区域熔炼的方程计算、稳态凝固方程、成分过冷概念及计算、合金铸锭的宏观组织
1.多相平衡的公切线原理
合金中多相平衡的条件是同一组元在各相中的化学势相等 2.从自由能——成分曲线推测相，图会画（重要） 3.匀晶相图
由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变
要无限互溶需满足条件：两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于5%；两者有相同的原子价和相似的电负性
4.非平衡凝固
在工业生产中，合金溶液浇铸后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间使凝固过程偏离平衡条件——非平衡凝固
（1）固相平均成分线和液相平均成分线，均与冷却速度有关，冷却速度越大，它们偏离固、液相线越严重，反之冷速越小，它们越接近固液相线。
（2）先结晶部分总是富高熔点组元
（3）非平衡凝固总是导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度 5.枝晶偏析（重要）
固溶体通常以树枝状方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间成分不同——枝晶偏析
由于一个树枝晶是由一个核心结晶而成的，故枝晶偏析属于晶内偏析（微观），在热力学上不稳定，可通过均匀化退火消除。在固相线以下较高的温度，经过长时间保温使原子扩散充分，使之转变为平衡组织。
6.共晶相图及其合金凝固
（1）液态无限互溶，固态只能部分互溶，甚至完全不溶
共晶合金在铸造工业中的特殊性质：a.此纯组元熔点低。b.比纯金属有更好的流动性，其在凝固之中防止阻碍液体流动的枝晶形成。从而改善了铸造性能。c.恒温转变减少了铸造缺陷，如偏聚和缩孔。d.共晶凝固可获得多种形态的显微组织。
（2）共晶合金的非平衡凝固
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a.伪共晶（重要）
在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得到全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织。
若当合金中两组元熔点相近时，伪共晶区一般对称分布，若合金中两组元熔点相差很大时，则伪共晶区将偏向高熔点组元一侧。原因：以低熔点为基的组成相与液态合金成分差别较小，则通过扩散而能达到该组成相的成分就较容易，其结晶速度较大，所以，在共晶点偏于低熔点相时，为了满足两组成相形成对扩散的要求，伪共晶区得位置必须偏向高熔点相一侧。
b.离异共晶（重要）
快冷到固相线时还未结晶完毕，剩余液相在共晶温度下发生共晶转变，生成非平衡共晶组织，分布在α相晶界和枝晶间，即最后凝固处，非平衡组织中的α相依附于初生相α上生长，β相被推到晶界处，两相分离，离异共晶。
离异共晶和非平衡共晶组织的区别（重要） 7.包晶相图及其凝固
组成包晶相图的两组元，在液态上可无限互溶，而在固态上只能部分互溶。 包晶合金的非平衡凝固：
包晶转变的速度极慢，影响包晶转变能否进行完全的主要矛盾是所形成新相β内的扩散速率。
a.实际生产中快冷，在低于包晶温度下，将同时存在参与转变的液相和α相，其中液相在继续冷却过程可能直接结晶出β相或参与其他反应，而α相仍保留在β相或参与其他反应，而α相仍保留在β相心部——包晶偏析。
b.某些原来不发生包晶反应的合金，在快冷条件下，由于初生相凝固时存在枝晶偏析而使剩余的液相和α相发生包晶反应。
8.调幅分解（概念重要）
任意小的成分起伏都能使体系自由能下降，从而使母相不稳定，进行无热力学能垒的调幅分解，由上坡扩散使成分起伏增大，从而直接导致新相的形成。
9.根据相图推测合金的性能 （1）使用性能
当形成稳定化合物（中间相）时，其性能在曲线上出现奇点
共晶成分及接近共晶成分的合金，通常组成相细小分散，则其强度、硬度可提高。
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（2）工艺性能
a.由于共晶合金的熔点低，并且是恒温转变，熔液的流动性好，凝固后容易形成集中缩孔，合金致密，因此，铸造合金宜选择接近共晶成分的合金，固溶体合金的流动性差，不如共晶合金和纯金属，而且液相线与固相线间隔越大，即结晶温度范围越大，树枝晶易粗大。
b.压力加工性能好的合金通常是单相固溶体——强度好，塑性好，变形均匀 10.铁碳合金相图非常重要，包括计算 11.正常凝固（也属于非平衡凝固）
平衡分配系数k0定义为平衡凝固时固相的质量分数和液相质量分数之比 平衡凝固的特点：a.液相中溶质原子通过迁移而分布均匀，固相中溶质原子通过扩散也分布均匀。b.液相及固相的成分随温度变化而变化，但在任一温度下都达到平衡状态。c.结晶后晶粒内成分均匀，无宏观偏析及微观偏析。
非平衡凝固时，已凝固的固相成分随着凝固的先后而变化（固相成分不均匀） 正常凝固成立的前提：a.液相成分在任何时候都均匀，即液相完全混合。 b.液固界面是平直的。c.液固界面处维持着这种局部的平衡，即在界面处满足k0为常数。d.忽略固相内的扩散。e.固相和液相密度相同。
计算公式重要 12.区域熔炼
区域熔炼不是一次把金属棒全部熔化而是沿着棒的长度方向逐渐从一端向另一端顺序地进行局部熔化。区域熔炼一次，就会使圆棒中的杂质从一端向另一端富集。区域熔炼方程要会
13.有效分配系数ke（计算重要）
凝固时，固液界面上的溶质将从固体中连续不断地排入液体，但在界面的法线方向上不可能出现对流传输，溶质只能通过缓慢的扩散方式穿过边界层才能传输到对流液体中取，于是在边界层区域中获得了溶质的聚集。
（1）凝固速度极快时，ke=1，液体完全不混合状态，其原因是边界层外的液体对流被抑制，仅靠扩散无法使溶质得到混合，此时边界层厚度最大。
（2）当凝固速度极其缓慢，ke=k0，完全混合状态，液体中的充分对流使边界层不存在。