下载文档原格式
热处理总结二、纯金属的结晶重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。
基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。
铸锭的缺陷；结晶的热力学条件和结构条件，非均匀形核的临界晶核半径、临界形核功。
相起伏：液态金属中，时聚时散，起伏不定，不断变化着的近程规则排列的原子集团。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差称为过冷度。
变质处理：在浇铸前往液态金属中加入形核剂，促使形成大量的非均匀晶核，以细化晶粒的方法。
过冷度与液态金属结晶的关系：液态金属结晶的过程是形核与晶核的长大过程。
从热力学的角度上看，没有过冷度结晶就没有趋动力。
根据 T R k ∆∝1可知当过冷度T∆为零时临界晶核半径R k 为无穷大，临界形核功（21T G ∆∝∆）也为无穷大。
临界晶核半径R k 与临界形核功为无穷大时，无法形核，所以液态金属不能结晶。
晶体的长大也需要过冷度，所以液态金属结晶需要过冷度。
细化晶粒的方法：增加过冷度、变质处理、振动与搅拌。
铸锭三个晶区的形成机理：表面细晶区：当高温液体倒入铸模后，结晶先从模壁开始，靠近模壁一层的液体产生极大的过冷，加上模壁可以作为非均质形核的基底，因此在此薄层中立即形成大量的晶核，并同时向各个方向生长，形成表面细晶区。
柱状晶区：在表面细晶区形成的同时，铸模温度迅速升高，液态金属冷却速度减慢，结晶前沿过冷都很小，不能生成新的晶核。
垂直模壁方向散热最快，因而晶体沿相反方向生长成柱状晶。
中心等轴晶区：随着柱状晶的生长，中心部位的液体实际温度分布区域平缓，由于溶质原子的重新分配，在固液界面前沿出现成分过冷，成分过冷区的扩大，促使新的晶核形成长大形成等轴晶。
由于液体的流动使表面层细晶一部分卷入液体之中或柱状晶的枝晶被冲刷脱落而进入前沿的液体中作为非自发生核的籽晶。
三、二元合金的相结构与结晶 重点内容：杠杆定律、相律及应用。
基本内容：相、匀晶、共晶、包晶相图的结晶过程及不同成分合金在室温下的显微组织。
温度对液态金属Ti-Al合金扩散的影响摘要：本文通过分子动力学方法对液态Ti-Al合金的扩散进行模拟研究，通过计算体系中原子的MSD曲线得到：随着温度的升高，扩散系数增大，说明温度越高，原子越容易移动扩散，此结论与热力学理论相吻合，即温度越高，体系的能量越大，平均每个原子的能量也就越大，原子就容易移动，即扩散也会增加，体现在扩散系数上的增大。
关键词：分子动力学模拟、液体金属、扩散、MSD引言液态金属的宏观热物理性质一直是凝聚态物理学和材料学研究领域的一个重要研究热点。
扩散系数是液态金属的重要热物理参量[1]，在金属凝固的理论和实验研究中，是不可或缺的物理参量。
Ti-Al合金因其特有的低密度、高温强度高、耐蚀、可焊等优势具有重要的应用前景，可广泛应用于航天发动机、潜艇、机械加工、运动器械等行业；因钛的亲生物性也应用于医用支架及填充物等领域；作为磁控溅射镀膜的原材料在真空镀膜行业也占据重要位置，一直是材料领域研究的热点。
目前，针对高活性高熔点液态金属的热物理性质的研究一直因为实验条件的严苛进展缓慢。
同时高活性高熔点液态Ti-Al合金的热物理性质的研究进展缓慢，限制了Ti-Al合金凝固理论的进一步发展。
本文选择Ti–10at%Al轻质高温合金作为研究对象。
在2100K-2600K的温度范围内，对液态Ti-Al合金系统分别采用EAM模型进行分子动力学模拟，然后通过计算MSD曲线得到扩散系数。
液态金属的宏观热物理性质如扩散从而可以获得人们所需要性能的金属材料，扩展金属在各个领域中的应用市场[2]。
由于大多数金属的熔点很高，要想研究液态金属的扩散很难实现。
随着计算机技术的快速发展，使用计算机模拟方法为研究液态金属热物理性质提供了可能。
近年来，对液态金属的研究得到了许多进展，韩逸等人[3]对液态金属扩散系数的测量方法与理论研究的进展进行研究；孙民华等人[4]研究了Al熔体粘度的突变点及与熔体微观结构的关系。
本文利用分子动力学模拟方法，基于LAMMPS软件进行模拟。
金属结晶的现象一、晶体结晶过程的宏观现象（过冷度和结晶潜热）。
1)过冷度（ΔT=T m-T n）2)过冷度和金属的属性和冷却速度有关。
3)金属不同，过冷度不同；金属的纯度越高，过冷度越大；冷却速度越快，过冷度越大。
4)相变潜热1摩尔物资从一个相转变为另一个相时，伴随着吸收或放出的热量。
金属由固态变为液态，需要吸热；由液态变为固态需要放热。
前者称为融化潜热，后者称为结晶潜热。
二、从微观上说，金属的结晶过程就是形核和长大的过程。
1)当金属液体冷却到实际结晶温度时，晶核并未立即出生，而是经过一段时间才出现第一批晶核。
结晶开始前的这段停留时间称为孕育期。
2)晶核由晶胚形成。
3)由一个晶核长成的晶体就是一个晶粒。
4)一个晶粒内存在很多晶胞，并且晶胞位向一致。
5)因此单晶体表现出各向异性。
6)由两个以上晶粒组成的晶体称为多晶体。
7)一般的金属都是多晶体。
并且由无数个晶粒组成。
8)各晶粒位向各异，相互抵消。
9)所以一般金属不表现出各向异性。
金属结晶的热力学条件1、热力学第二定律:在等温等压条件下，物质系统总是自发的从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。
2、自由能之差是促进金属相变的热力学条件，即相变驱动力。
3、4、由上图可知：过冷度越大，自由能之差越大，且液相和固相自由能之差与过冷度成正比。
在过冷度等于0时，自由能之差也为0。
5、过冷度越大，自由能之差越大，相变驱动力越大，结晶速度越快。
金属结晶的结构条件1、液态金属的一个重要特点就是相起伏。
只有在过冷液中相起伏才能形成晶胚。
但不是所有晶胚都可以转化成晶核。
下节将讨论晶胚转化成晶核的条件。
2、晶核的形成1、在过冷液中形成晶核的方式有两种：均匀形核和非均匀形核。
2、实际金属的结晶主要是按非均匀形核方式进行的。
3、在过冷液中并不是所有晶胚都可以形成晶核。
只有那些尺寸等于大于某一临界尺寸的晶胚才能稳定的存在，并自发长大。
4、过冷度越大，临界尺寸越小。
5、从第三节2中可知：过冷度越大，最大相起伏尺寸越大。
2019年硕士研究生招生考试复试考试大纲液态金属成形原理—要求掌握知识点：一、液态金属及合金的结构和性质1.结构起伏、能量起伏、浓度起伏的概念2.液态金属的粘滞性、表面张力、流动性和充型能力概念及影响因素3.液态金属性质对铸件成型过程及质量的影响二、液态金属和合金的凝固1.金属或合金的性质及铸型的性质对铸件温度场的影响2.铸件凝固动态曲线的绘制与应用、凝固方式及影响因素、铸件凝固方式与铸件质量的关系3.凝固时间的概念、平方根定律经验计算三、液态金属及合金的结晶1.热力学过冷度、动力学过冷度、成分过冷的概念2.均质形核与非均质形核的联系与区别；均质形核的必要条件；非均质形核的影响因素3.光滑界面与粗糙界面的概念及对晶体生长形态的影响4.溶质再分配与平衡分配系数；夏尔方程应用；成分过冷产生的条件、影响成分过冷的因素、成分过冷对晶体生长的影响5.伪共晶、不平衡共晶、离异共晶的概念6.规则共晶与非规则共晶的凝固四、金属结晶组织及其凝固1.等轴晶与柱状晶的形成机理与性能特点2.细化等轴晶的常见措施与机理3.定向凝固的技术关键五、液态金属和合金的化学冶金1.气体溶解度及影响因素2.熔渣的碱度、氧化能力（氧化渣/还原渣的判断）、粘度、表面张力等性质及对其金属熔炼过程的影响3.金属液的脱氧、脱硫、脱磷处理机理六、制品的应力、变形和裂纹1.内应力、热应力、相变应力、凝缩应力的概念2.T型件的热应力产生，厚壁球形件的相变应力形成3.铸件热裂与冷裂的区别，裂纹形成机理七、化学成分的不均匀性1.区别正常偏析-反偏析与正偏析-负偏析概念2.带状偏析的形成3.宏观偏析典型特征八、缩孔与缩松1.铸造合金收缩的三个阶段；含碳量对合金收缩率的影响2.缩孔、缩松、显微缩松、轴线缩松的概念与形成九、气孔析出性气孔、反应性气孔的概念、形成与判断十、非金属夹杂物内在夹杂物、外来夹杂物、一次夹杂物、二次氧化夹杂物、此生夹杂物的概念。
液态金属热容引言液态金属是一种特殊的材料，具有许多独特的性质和应用。
其中之一就是其热容特性。
热容是指物质在吸收或释放热量时所需要的能量，它是描述物质对温度变化响应能力的重要参数。
液态金属具有较大的热容，这使得它在许多领域具有广泛的应用。
液态金属的定义与特性液态金属是指在常温下处于液体状态的金属材料。
与传统固态金属相比，液态金属具有诸多不同之处。
首先，液态金属具有较低的熔点和较高的沸点，使其能够在相对较低温度下保持液体状态。
其次，液态金属呈现出流动性，可以通过外力施加来改变形状和结构。
此外，液态金属还具有良好的导电性、导热性和可塑性等特点。
热容的概念与计算方法热容概念热容是指物质在吸收或释放热量时所需要的能量。
它是一个描述物质对温度变化响应能力的物理量。
热容可以用来衡量物质的热惯性，即物质在温度变化过程中能够存储多少热能。
热容计算方法热容可以通过以下公式计算：C=Q ΔT其中，C表示热容，Q表示吸收或释放的热量，ΔT表示温度变化。
液态金属的热容特性液态金属具有较大的热容，这是由于其特殊的原子结构和电子排布所导致的。
原子结构与电子排布液态金属由于其高温下存在较大的原子振动和电子运动，因此具有更高的自由度。
这种自由度使得液态金属能够吸收和释放更多的热量，从而表现出较大的热容。
温度对液态金属热容的影响随着温度升高，液态金属分子之间相互作用减弱，原子振动增加。
这导致了液态金属在高温下具有更高的热容。
因此，在高温条件下，液态金属能够吸收和释放更多的热量。
液态金属的热容与其他物质的比较相对于其他常见物质，液态金属具有较大的热容。
例如，与水相比，液态金属在单位质量下能够吸收或释放更多的热量。
这使得液态金属在许多领域具有广泛的应用。
液态金属热容的应用液态金属由于其较大的热容特性，在许多领域都有广泛的应用。
火箭发动机火箭发动机需要在极端条件下工作，例如高温和高压。
液态金属作为火箭推进剂中重要组成部分之一，其较大的热容使得其能够在高温下吸收和释放更多的热量，并提供足够的推力。
液态金属凝固曲线的实验心得体会能量起伏：金属晶体结构中每个原子的振动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量则远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”结构起伏：液态金属中的原子集团处于瞬息万变的状态，时而长大时而变小，时而产生时而消失，此起彼落，犹如在不停顿地游动。
这种结构的瞬息变化称为结构起伏。
浓度起伏：不同原子间结合力存在差别，在金属液原子团簇之间存在着成分差异。
这种成分的不均匀性称为浓度起伏。
熔化潜热:将金属加热到至熔点时，金属体积突然膨胀，等于固态金属从热力学温度零度加热到熔点的总膨胀量，金属的其他性质如电阻，粘性等发生突变，吸收的热能。
充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力。
成分过冷：由溶质再分配导致的界面前方熔体成分及其凝固温度发生变化而引起的过冷。
热过冷：仅由熔体实际温度分布所决定的过冷状态称为热过冷宏观偏析：又称长程偏析或区域偏析，指较大范围内的化学成分不均匀现象，表现为铸件各部位之间化学成分的差异。
微观偏析：微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学成分不均匀现象，按位置不同可分为晶内偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。
微观偏析（1）晶内偏析：在一个晶粒内出现的成分不均匀现象，常产生于有一定结晶温度范围、能够形成固溶体的合金中。
（2）晶界偏析：溶质元素和非金属夹杂物富集与晶界，使晶界和晶内的化学成分出现差异。
它会降低合金的塑性和高温性能，又会增加热裂倾向。
宏观偏析：（1）正常偏析：当合金溶质分配系数k<1时，凝固界面的液相中将有一部分被排出，随着温度的降低，溶质的浓度将逐渐增加，越是后来结晶的固相，溶质浓度越高，当k>1时相反。
正常偏析存在使铸件的性能不均匀，在随后的加工中难以消除。
（2）逆偏析：即k<1时，铸件表面或底部含溶质元素较多，而中心部分或上部分含溶质较少。
（3）V形偏析和逆V形偏析：常出现在大型铸锭中，一般呈锥形，偏析中含有较高的碳以及硫和磷等杂质。
