第四章冶金熔体 熔融Fe-j和Fe-j-C饱和合金中的各种元素的扩散系数D可查表求得,除D之外,都是10°cm2·S级 熔铁中各种元素的扩散系数与其标准溶解自由能ΔG之间有一定的关系,图4-7所示。由图可知, ΔG°f值越小,扩散系数D就越小,所以ΔG是表示熔铁中溶质元素j的稳定性的尺度。ΔG值越小 则该元素在熔铁中越稳定,行动越迟缓,故扩散系数就越小。 扩散系数和粘度都是流体的传输性质,它们进行的机理有相似性,所以扩散活化能E与粘滞流 动活化能En几乎是相同的数量级,可以认为金属熔体的自扩散系数D与粘度n之间有一定的关系,斯 托克斯、爱因斯坦根据流体动力学理论得到了下列著名的关系式 kT (4-3) bOrn 式中k是波茨曼常数,r是刚体球半径,若把原子看成刚体球时,r就是原子半径,T是绝对温度。 这样如果测定了某一温度下的粘度值,就可以用上式计算出该温度下的自扩散系数值 图47熔铁中各元素的扩散系数与标准溶解自由能之间的关系图48元素的原子半径与原子序数的关系 424熔点 金属的熔点是研究它们质点间作用力大小的重要性质,也是确定冶炼和浇铸温度的重要根据。 各种金属熔点的高低在一定程度上反映了金属中基本质点之间作用力的大小,质点间的作用力越大 则其熔点就越高。而原子体积的大小也在一定程度上表征了键的牢固程度。所以金属熔点的高低与 原子体积的大小有密切的关系。若以元素的原子半径和熔点分别对原子序数作图,就得到教材第77 页图4-2和教材第79页图4-3的关系。由此可见,元素的原子半径和熔点都呈周期性的变化,在教 材第77页图4-2中那些位于波底的元素都有较高的熔点。教材第77页图4-3中那些具有d电子键的 金属元素都有较高的熔点,一般都在1400℃C以上,但是其中Mn是例外,只有1244℃。 熔铁中溶有其他元素后,使铁原子之间的作用力减弱,因此铁的熔点就下降。各元素使纯铁熔 点降低的程度,决定于加入元素的浓度、原子量和凝固时该元素在熔体与析出的固体之间的分配 各元素使纯铁熔点的降低值ΔT可用式(4-4)计算 1020 △T 一×([%订c-[%jcs) (4-4) M 式中M为溶质元素j原子量,而[%和[%je分别为元素在液态和固态铁合金中的重量百分含量 元素j在固态和液态铁合金中的含量之比,可以近似地看作常数,即[%j/[%js=K(称为分配系数) 则式(4-4)可以写成第四章 冶金熔体 60 熔融Fe-j和Fe-j-C饱和合金中的各种元素的扩散系数Dj可查表求得，除DH之外，都是 10-5 cm2 •S -1级。 熔铁中各种元素的扩散系数与其标准溶解自由能ΔG0 j之间有一定的关系，图 4-7 所示。由图可知， ΔG0 j值越小，扩散系数Dj就越小，所以ΔG0 j是表示熔铁中溶质元素j的稳定性的尺度。ΔG0 j值越小， 则该元素在熔铁中越稳定，行动越迟缓，故扩散系数就越小。 扩散系数和粘度都是流体的传输性质，它们进行的机理有相似性，所以扩散活化能ED与粘滞流 动活化能Eη几乎是相同的数量级，可以认为金属熔体的自扩散系数D与粘度η之间有一定的关系，斯 托克斯、爱因斯坦根据流体动力学理论得到了下列著名的关系式： kT D=--------- (4—3) 6лrη 式中 k 是波茨曼常数,r 是刚体球半径，若把原子看成刚体球时，r 就是原子半径，T 是绝对温度。 这样如果测定了某一温度下的粘度值，就可以用上式计算出该温度下的自扩散系数值。 图 4-7 熔铁中各元素的扩散系数与标准溶解自由能之间的关系图 4-8 元素的原子半径与原子序数的关系 4.2.4 熔点 金属的熔点是研究它们质点间作用力大小的重要性质，也是确定冶炼和浇铸温度的重要根据。 各种金属熔点的高低在一定程度上反映了金属中基本质点之间作用力的大小，质点间的作用力越大 则其熔点就越高。而原子体积的大小也在一定程度上表征了键的牢固程度。所以金属熔点的高低与 原子体积的大小有密切的关系。若以元素的原子半径和熔点分别对原子序数作图，就得到教材第 77 页图 4-2 和教材第 79 页图 4-3 的关系。由此可见，元素的原子半径和熔点都呈周期性的变化，在教 材第 77 页图 4-2 中那些位于波底的元素都有较高的熔点。教材第 77 页图 4-3 中那些具有d电子键的 金属元素都有较高的熔点，一般都在 1400o C以上，但是其中Mn是例外，只有 1244℃。 熔铁中溶有其他元素后，使铁原子之间的作用力减弱，因此铁的熔点就下降。各元素使纯铁熔 点降低的程度，决定于加入元素的浓度、原子量和凝固时该元素在熔体与析出的固体之间的分配。 各元素使纯铁熔点的降低值ΔT 可用式(4—4)计算： 1020 ΔT=--------×([%j](t)- [%j](s)) (4—4) Mj 式中Mj为溶质元素j的原子量，而[%j](t)和[%j](s)分别为元素j在液态和固态铁合金中的重量百分含量. 元素j在固态和液态铁合金中的含量之比，可以近似地看作常数，即[%j](t)/[%j](s)=K(称为分配系数)， 则式(4—4)可以写成： 60