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金属合金材料体积自由能变化

金属合金材料从热力学上讲,当固体变成液体时,系统中存在负的自由能变化。自由能的变化与所转换的新体积(固体)成正比。因此,对于液体中形成的球形固体粒子,从热力学上讲,当固体从液体中出现而产生一个新的界面时,在界面处产生了一个自由能增益。获得的自由能与产生的固体粒子的表面积成正比。对于如上所述的同一球体,半径为r时,自由能增益。其中,所有术语都有它们通常的含义,‘γ’是球面单位面积的界面自由能。体积自由能变化和界面自由能变化,还描述了熔体中固体体积产生时,由于这两种成分的结果而导致的整体自由能变化。

电热合金

金属合金材料当r较小时自由能变化的总和为正。然而,当r增加时,这个和变成负的。峰值正值对应于临界半径“rc”或胚胎晶体。胚胎晶体的半径必须大于“rc”,从而使自由能变化δG变为负的,胚胎晶体变得稳定,生长继续进行。另一方面,在达到“rc”之前,自由能变化的总和仍然是正的,并产生一个障碍,阻碍成核和随后的生长。意图分析显示,随着温度下降,“rc”继续下降。


电热合金

这意味着,金属合金材料随着温度的降低,越来越多的胚胎晶体趋于稳定,均相成核的可能性增加,允许生长过程继续进行。由此可见,均匀成核条件在开始时对核的稳定性并不有利,因为要使均匀成核有效,必须有相当大的过冷量。然而,在铸造厂铸造的实际情况中,熔体不需要过冷以使均匀、稳定的核形成,从而开始凝固过程。这是因为,在实际铸造熔体中,凝固过程是由异相形核开始的。


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