.546 北京科技大学学报 1993年No.6 50m 50um. 图51个具有内部取向不同，结晶形貌 图4晶体生长方向决定结晶形貌 不同的晶粒 Fig.4 Crystal growth orientation decides the solidified Fig.5 A grain with different microstructrure due to the different soliSdified direction, microstnucture with G =1300K /cm,V=500 an /s G=1300K/cm,V=700m/s 3讨论 3.1冷却速度和动力学过冷度的关系 冷速在10Ks数量级以下的凝固过程，可近似看成是可逆降温过程，固液界面局域平 衡。此时，晶体生长的动力学过冷度△T,很小，小于1K可。对于亚快速凝固条件下，冷速 在10'-10K/S.凝固过程用局域平衡理论不能解释枝胞转变现象和此时的温度梯度对形态 选择的影响。因此，先分析亚快速凝固条件下，冷却速度对△T,的影响，然后用非平衡凝 固理论探讨枝胞转变机制。 界面过冷度△T,是由溶质再分配引起的过冷度△T。、界面曲率过冷度△T,和动力学生长 过冷度△T,等3部分组成，即： △T,=△T,+△T,+△T (1) 其中△T,和△T可用局域平衡理论讨论，非平衡凝固虽然对△T。和△T有影响，但更 主要表现在对△T,的影响上。非平衡凝固过程中，焓变△H和熵变△S都是状态函数，与过 程无关，只有热量的放出Q是非状态函数。设△E为凝固后晶格储存能 △E=△Hm-TN△Sm-Q (2) 式中，T、:为非平衡凝固点温度。 这样，△E将随不可逆降温过程放出热量Q的减少及T、的降低而增大。因而，由亚快 速凝固的不可逆降温所储存的液态金属空位能，转化为凝固后的晶格存能就多。非平衡凝固 的自由能△G由局域平衡凝固△G,和晶格储存能△E组成： △G总=△Go+△E (3) △Ga=△Hm/Tm·△Tk=△Hm-T△Sm (4) △G。=△Hm-TN'ASm (5)54 6 北 京 科 技 大 学 学 报 1 9 3 年 N o . 6 图 4 晶体生 长方 向决定结晶形貌 瑰 . 4 C ry 血1 g ro 浦 1 o ri 即加柱皿 山沈id 路 阮 即肠面五司 m i c r说曲IC to 代 初th q = 1 引. IK / 。 , V 一 义用 四 / s 图 5 1个具有 内部取向不同 , 结晶形貌 不同的晶粒 F电 . S A 脚i n 币山 J 价比n t n 云c r说翻哎加 I比 d ue ot ht e j 伍袋n 吸 , 心别防司 山 m币加飞 q = 1 30 K / cnI , V = 7以) 不红n / s 3 讨 论 3 . 1 冷却速 度和动 力 学过冷度 的关 系 冷 速在 10 K / s 数量 级 以 下 的凝 固过 程 , 可近 似看 成 是 可逆 降 温 过 程 , 固液 界 面局 域 平 衡 。 此 时 , 晶体生 长 的动力 学 过 冷 度 A T k 很 小 , 小 于 I K 〔 7 〕 。 对 于 亚 快 速凝 固条 件下 , 冷 速 在 10 ’ 一 10 4 K / s, 凝 固过 程用 局域平 衡理 论不 能解 释枝 胞转 变现 象和此 时的温度 梯 度 对形 态 选 择 的影 响 。 因此 , 先 分析亚快 速凝 固条 件 下 , 冷 却 速 度 对 △T 、 的影 响 , 然 后 用非 平 衡 凝 固理 论探 讨枝 胞转变机 制 。 界 面 过冷 度 △不是 由溶质再 分配 引起 的过 冷度 △ 0T 、 界 面 曲率过 冷 度 △砚 和 动力 学 生 长 过冷 度 八双等 3 部 分组 成 , 即 : A双= △ 0T + A rT 十 △双 ( l) 其中 △ 0T 和 A rT 可 用局域 平衡理 论 讨论 , 非 平衡 凝 固 虽然 对 △ 0T 和 △ rT 有 影 响 , 但 更 主要表 现 在对 八 双 的影 响上 。 非平 衡凝 固过 程 中 , 烩 变 A H 和 嫡变 A S 都是 状态 函数 , 与过 程无 关 , 只有热 量 的放 出 Q 是 非状 态 函数 。 设 △ E 为凝固后 晶格储存 能 △ E = A mH 一 珠 A mS 一 Q ( 2 ) 式 中 , 几 : 为 非平衡凝 固点温 度 。 这样 , △E 将 随不可 逆 降 温过程放 出热量 Q 的减 少及 几 的 降 低 而 增 大 。 因 而 , 由亚 快 速凝 固 的不可逆 降温 所储存 的液态金 属空 位能 , 转 化 为凝 固后 的晶格存能 就多 。 非 平衡 凝 固 的 自由能 △G 总 由局 域平 衡凝 固 △G 。 和晶格 储存能 △E 组成 : △ G 总 = △ G 。 + △ E ( 3 ) △ G 总 一 △氏 / mT · △ 双 = △ 氏一 几 △ S m ( 4 ) △G 。 = A mH 一 殊 , △ mS ( 5)