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材料科学基础之材料的凝固引言材料的凝固过程是材料科学中的重要基础知识之一。
凝固是将液态物质转变为固态物质的过程，在材料制备和性能控制中起着至关重要的作用。
本文将介绍材料的凝固过程及其在实际应用中的影响。
1. 凝固的概念凝固是物质从液态向固态转变的过程。
在凝固过程中，原子、分子或离子进入有序排列的结构，形成固态晶体。
凝固过程通常伴随着能量的释放，因为凝固过程降低了分子之间的自由度。
2. 凝固的类型材料的凝固可以分为两类：晶体凝固和非晶体凝固。
2.1 晶体凝固晶体凝固是指原子、分子或离子按照一定的方式排列，形成有序的凝固体。
晶体凝固过程中，物质的结构和性质与晶体的结构密切相关。
晶体凝固常见的类型包括共晶凝固、细小晶粒凝固和晶体生长等。
2.2 非晶体凝固非晶体凝固是指物质形成无序而没有周期性的凝固体。
非晶体凝固的材料通常具有高度的无定形性和非晶性。
非晶体凝固过程中，由于缺乏有序结构，凝固速率较高。
3. 凝固过程的影响因素凝固过程受许多因素的影响，包括温度、压力、成分和凝固速率等。
3.1 温度温度是影响材料凝固的重要因素之一。
温度的改变会导致凝固过程的快慢和凝固体的结构特征的变化。
通常情况下，较高的温度会加快凝固过程，而较低的温度则会延缓凝固。
3.2 压力在一定温度下，增加压力可以使凝固过程的速率加快。
这是因为增加压力可以提高原子、分子或离子之间的相互作用力，促进有序凝固结构的形成。
3.3 成分凝固过程的成分也对凝固行为产生重要影响。
不同成分的物质由于其分子结构和相互作用的差异，会表现出不同的凝固特点。
例如，共晶物质的凝固温度会比单一组分物质的凝固温度低一些。
3.4 凝固速率凝固速率是指物质由液态向固态转变的速度。
凝固速率受到温度、成分和凝固体的结构特征等因素的影响。
通常情况下，快速冷却会增加凝固速率，而慢速冷却则会降低凝固速率。
4. 凝固在实际应用中的重要性材料的凝固在实际应用中具有重要作用。
凝固过程直接影响材料的结构和性能。
六、材料的凝固1.解释下列概念：结构起伏、过冷度、临界晶核、成分过冷。
2.说明获得具有定向柱状晶铸件的条件和方法；说明控制铸件组织晶粒大小的方法和原理；说明铸件中常见缺陷及消除或控制方法。
3.考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：△T =1,10,100和200℃，计算：（1）临界晶核尺寸；（2）半径为r*的晶核个数；（3）从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化△G*（形核功）。
(已知铝的熔点T m = 993K,单位体积熔化热L m = 1.836 ×109 J/m3，固液界面比表面能为93mJ/m2，原子体积V0 = 1.66 ×10-29 m3)4.A-B二元相图如图，今将含40wt%的合金棒在固相中无扩散、液相中溶质完全混合、液-固界面平面推进的条件下不平衡凝固，试回答：(忽略成分引起的体积变化)（1）求该合金的k0（2）凝固始端固相成分（3）利用上述凝固条件下的溶质分布方程，确定共晶体占L长铸件的体积百分数；（4）如果完全平衡凝固时，共晶体的百分数（5）若合金中B的含量为5wt%，回答（3）、（4）问题七、固态扩散1.解释概念：菲克第一定律, short circuit diffusion, Kirkendall effect、反应扩散2.有两种激活能分别为E1=83.7KJ/mol和E2=251KJ/mol的扩散反应。
观察在温度从25℃升高到600℃时对这两种扩散的影响，并对结果作出评述。
3.在950℃下对纯铁进行渗碳，并希望在0.1mm的深度得到0.9wt%的碳含量。
=10-10m2/s。
计算为达到此假设表面碳含量保持在1.20wt% ，扩散系数Dγ-Fe要求至少要渗碳多少时间。
4.碳在α-Ti中的扩散速率在以下温度被确定：测量温度扩散系数D（m2/s）736℃2×10-13782℃5×10-13835℃ 1.3×10-12(a) 试确定公式D=D0exp(-Q/RT)是否适用；若适用，则计算出扩散常数D0和激活能Q。
