∗ ∗ （1）S-L 界面的CS 和C L ；
（2）S-L 界面保持平整界面的条件。
* * 和C L 解： （1）求固-液界面的 CS ：由于固相中无扩散而液相中仅有限
* 0 扩散的情况下达到稳定状态时，满足： C L K ，C*S= C0 0
C
代入 C0=CB=2.5%，K0=0.2 即可得出：
6） 平衡分配系数 K0 ,K0＜1 时， K0 越 小,越有利于成分过冷； K0＞1 时， K0 越大,越有利于成分过冷。 (注:其中的 GL 和 R 为工艺因素,相对较易加以控制; mL , C0 , DL , K0 , 为材料因素,较难控制 ) 5.“成分过冷”对固溶体合金凝固时生长组织形貌有何影响？ 答 :“成分过冷”对单相固溶体组织形貌的影响: 随着“成分过冷”程度的增大，固溶体生长方式由无“成分过 冷”时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝晶→内部 等轴晶（自由树枝晶） 。 “成分过冷”对共晶凝固组织形貌的影响: 1)共晶成分的合金，在冷速较快时，不一定能得到 100％的共 晶组织，而是得到亚共晶或过共晶组织，甚至完全得不到共 晶组织； 2） 有些非共晶成分的合金在冷速较快时反而得到 100％的共 晶组织； 3） 有些非共晶成分的合金， 在一定的冷速下， 既不出现 100％ 的共晶组织，也不出现初晶+共晶的情况，而是出现“离异共 晶” 。 5. 用图解说明出现成分过冷的临界条件，并解释如果是正常凝固会 不会出现成分过冷。 答： G0 >
GL R
<
m L C 0 (1 −K 0 ） DL K0
，即
6. 如何认识“外生生长”与“内生生长”？由前者向后者转变的前 提是什么？仅仅由成分过冷因素决定吗？ 答:“外生生长”: 晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生 长方式，称为“外生生长” 。 平面生长、胞状生长和柱状树枝晶 生长都属于外生生长 . “内生生长” : 等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为 “内生 生长” 。 如果 “成分过冷” 在远离界面处大于异质形核所需过冷度 （ΔT 异） ， 就会在内部熔体中产生新的晶核，造成“内生生长” ，使得自由树 枝晶在固-液界面前方的熔体中出现。 外生生长向内生生长的转变的前提是 : 成分过冷区的进一步加 大 。 决定因素 : 外生生长向内生生长的转变是由成分过冷的大小和外
K0 — 平衡分配系数 K 成分过冷的大小主要受下列因素的影响:
1）液相中温度梯度 GL , GL 越小,越有利于成分过冷； 2）晶体生长速度 R , R 越大,越有利于成分过冷； 3）液相线斜率 mL ,mL 越大,越有利于成分过冷； 4）原始成分浓度 C0, C0 越高,越有利于成分过冷； 5）液相中溶质扩散系数 DL, DL 越底,越有利于成分过冷 ；
影响，而且后者往往更为重要。即使液相一侧不出现负的温度梯度， 由于溶质再分配引起界面前沿的溶质富集， 从而导致平衡结晶温度的 变化。在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易于 出现树枝晶形貌。 3. 成分过冷判据？成分过冷大小受哪些因素的影响？ 答: “成分过冷”判据为: 4.
GL R
dT l （������ ‘ ） d ������ ’
|������ ‘ = 0为液相线的斜率，当G0 > GL 时，不会出
现成分过冷， 如G1 ； 当G0 < ������L 时， 会出现成分过冷， 如G2 ， 即G0 是出
现成分过冷的临界条件。正常凝固时是否出现成分过冷取决于成 分过冷的判据，一般可将正常凝固看成是液相只有有限扩散条件， 由成分过冷临界条件得到的成分过冷判据为 满足此式可出现成分过冷。 G1 G0 G2
来质点非均质生核的能力这两个因素所决定的。大的成分过冷和 强生核能力的外来质点都有利于内生生长并促进内部等轴晶的形 成。
1. 何谓结晶过程中的溶质再分配？平衡分配系数 Ko 定义？ 答：结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固两相 重新分布的现象。溶质再分配不仅由平衡分配系数 K0 决定 ，还受自 身扩散性质的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。 2. A-B 二元合金原始成分为 CO =CB =2.5%， K O =0.2,mL =5,自左向右单向 凝固，固相无扩散而液相仅有扩散（DL =3×10−5 cm2 ⋰ s） 。达到稳定 态凝固时，求：
C *L C 0 2.5% = =12.5％ K0 0.2
C*S= C0 = 2.5％ (2)固-液界面保持平整界面的条件 ： 当存在“成分过冷”时，随着的“成分过冷”的增大，固溶体生长方 式 将 经历：胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶） 的 转变过程，所以只有当不发生成分过冷时，固-液界面才可保持平整 界面，即需满足
GL m L C0 (1 K 0 ) ≥ D K0 R L
代入 m L =5，C0=CB=2.5% ，DL=3×10-5cm2/s ， K0=0.2 可得出：
GL ≥1.67×104 ℃/cm2s 即为所求. R
2. 成分过冷与热过冷的涵义以及他们之间的区别和联系。 答：成分过冷的涵义:合金在不平衡凝固时，使液固界面前沿的液相中 形成溶质富集层，因富集层中各处的合金成分不同，具有不同的熔点， 造成液固前沿的液相处于不同的过冷状态，这种由于液固界面前沿合金 成分不同造成的过冷。 热过冷的涵义: 界面液相侧形成的负温度剃度，使得界面前方获得大 于 Tk 的过冷度。 成分过冷与热过冷的区别 : 热过冷是由于液体具有较大的过冷度时，在界面向前推移的情况下， 结晶潜热的释放而产生的负温度梯度所形成的。 可出现在纯金属或合 金的凝固过程中，一般都生成树枝晶。 成分过冷是由溶质富集所产生，只能出现在合金的凝固过程中，其产生 的晶体形貌随成分过冷程度的不同而不同，当过冷程度增大时，固溶体 生长方式由无成分过冷时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝 晶→内部等轴晶（自由树枝晶） 。 成分过冷与热过冷的联系: 对于合金凝固，当出现“热过冷”的影响时，必然受“成分过冷”的
＜ mL C L
DL
1
N K0 e DL 1 K0 R
当“液相只有有限扩散”时，δ N源自∞， C L C0 ，代入上式后得
GL R
＜
m L C 0 (1 K 0 ) DL K0
(
其中: GL R
— 液相中温度梯度 — 晶体生长速度
mL — 液相线斜率 C0 — 原始成分浓度 DL — 液相中溶质扩散系数 )