凝固溫度

凝固溫度是指某種物質從液相變為固相時的溫度臨界值。

基本介紹

• 中文名：凝固溫度
• 外文名：Solidification temperature
• 別名：凝固點

定義

凝固：物質從液相變為固相的相變過程。
在一定壓強下，液態的晶體物質，其溫度略微低於熔點時，微粒便將規則地排列成為穩定的結構。開始是少數微粒按一定的規律排列起來，形成所謂的晶核，而後圍繞這些晶核成長為一個個晶粒。因此，凝固過程就是產生晶核和晶核生長的過程，而且這兩種過程是同時進行的。

具體解釋

物質從液相變為固相的相變過程。
在一定壓強下，液態的晶體物質，其溫度略微低於熔點時，微粒便將規則地排列成為穩定的結構。開始是少數微粒按一定的規律排列起來，形成所謂的晶核，而後圍繞這些晶核成長為一個個晶粒。因此，凝固過程就是產生晶核和晶核生長的過程，而且這兩種過程是同時進行的。

凝固時的溫度就是凝固點，等於熔點，不同的晶體其凝固點亦不相同。

液態晶體物質在凝固過程中放出熱量（稱為凝固熱，其數值等於熔化熱），在凝固過程中其溫度保持不變，直至液體全部變為晶體為止。非晶體的液態物質，在凝固過程中，溫度降低逐漸失去流動性，最後變為固體。在凝固過程它沒有一定的凝固點，只是與某個溫度範圍相對應。

熔化是凝固的相反過程。

凝固特點

晶體凝固特點：

1. 達到一定溫度才開始凝固；
2. 凝固時溫度保持不變；
3. 凝固時固液並存；
4. 凝固一定放熱。

非晶體凝固特點：

1. 凝固時溫度持續下降；
2. 凝固時放熱。

凝固點改變的因素

壓強

平時所說的物質的熔點（凝固點，下同），通常是指一個大氣壓時的情況；如果壓強變化，熔點也要發生變化。熔點隨壓強的變化有兩種不同的情況。對於大多數物質，熔化過程是體積變大的過程，當壓強增大時，這些物質的熔點要升高；對於像水這樣的物質，與大多數物質不同，冰熔化成水的過程體積要縮小 (金屬鉍、銻等也是如此) ，當壓強增大時凍的熔點要降低。

溶有雜質

如果液體中溶有少量其他物質，或稱為雜質，即使數量很少，物質的熔點（凝固點，下同）也會有很大的變化。例如水中溶有鹽，熔點（固液兩相共存並平衡的溫度）就會明顯下降，海水就是溶有鹽的水，海水冬天結凍的溫度比河水低，就是這個原因。飽和食鹽水的熔點可下降到約-22℃。

影響鐵合金凝固的其他因素

鐵合金澆注和粒化時凝固的形狀和大小取決於液態鐵合金的物理性能，特別是表面張力、黏度、合金熔點和其氧化物的熔點。

表面張力的影響

表面張力起著減少液體表面的作用。純鐵的表面功大約為1.8N/m解在鐵水中的碳、錳和矽等元素使得該值降低。含4%碳與少量的錳和矽形成的熔體表面張力約為1.5N/m。硫和氧對鐵的表面張力有著極大的影響。含硫量小到0.06%，鐵基熔體的表面張力為0.9N/m爐料級鉻鐵和高碳錳鐵表面張力為1.1～1.3N/m面張力直接影響成團塊澆注機中產生的扁平鐵餅的厚度。

鐵餅的厚度與液態金屬的表面張力、液態金屬比重有關。在低碳鉻鐵或低碳鋼的鐵餅厚度為10mm左右，而表面張力較低的錳鐵鐵餅厚度為4～5mm。黏度是另一個重要的參數，黏度高的金屬熔體即使其表面張力較低也能粒化成厚的鐵餅。

在金屬液球的冷卻過程中，球體各部位溫差較大，表面張力有所不同。如果冷區的表面張力小於熱區的表面張力，冷區的金屬就會被熱區的金屬拉到熱區附近。反之，熱區的表面張力小於冷區的表面張力，熱區的金屬就會被冷區的金屬拉到冷區附近，露出新的液態金屬表面。

由此可以推出：液體表面張力隨溫度升高而增大，那么鐵的表面呈現光滑；表面張力隨溫度降低而減少，鐵會形成有皺紋的表面。許多金屬的表面張力與溫度並非呈現線形變化。當金屬過熱度太大時，粒化鐵餅通常是不光滑的。在實際生產中可以看到：粒化鎳鐵的表面是光滑的，而粒化鉻鐵的表面呈現許多皺紋。

黏度的影響

液態金屬的黏度對鐵合金成形有一定影響。金屬液流在水流的衝擊下發生變形。液球的重力和表面張力將其拉成餅乾狀。黏度高的液體有較高的抵抗變形的能力，鐵餅厚度較高。

熔體溫度的影響

鐵合金的澆注溫度由1600℃提高到1700℃時形成固體外殼的時問由 0.1s延長到0.7s左右。這將使粒化凝固時間延長到2.5s。過熱度大的液態金屬在水粒化成形時得到的粒度較小。

化學成分的影響

碳、矽等元素在合金中的含量會影響合金的熔點和過熱程度。一般來說，含碳高的金屬熔體的熔點較高，比較容易過熱。低碳合金成塊澆注通常得到粒度大、強度高的金屬餅。為了得到較大塊度的高碳合金易採用低溫澆注。

鐵合金中的氣體含量對鐵的表面形狀影響很大。中低碳鉻鐵中溶解的氣體在凝固時從鐵水中析出，導致合金氣孔較多。經過真空處理或蓋渣澆注的鉻鐵則幾乎沒有氣孔，會屬錳中溶解的氣體含量比較高，導致其結構比較疏鬆、強度變差。

凝固過程的偏析現象

由於元素或化合物在液相和固相中溶解度的差異，鐵合金在凝固過程中會出現成分偏析。在結晶過程中幾乎所有的雜質元素都會在平衡過程中重新在液相或固相中分配。雜質分布也取決於結晶過程的完成狀況和結晶達到的平衡程度。按成分分類偏析基本可以分為五類：

（1）主要元素的偏析，如矽、鐵、錳等；

（2）在主元素相中溶解度小的或不溶解的元素，如矽、鋁、鈣等；

（3）碳的偏析；

（4）夾雜物偏析，如氧化物、爐渣以及內生夾雜氮化物、硫化物、磷化物等；

（5）氣體在合金中的偏析等。

鐵合金偏析的類型大體分為巨觀偏析與顯微偏析。巨觀偏析主要是由於液態金屬在凝固時運動造成鐵合金錠內部各點成分的巨觀差異。顯微偏析主要是結晶引起的晶界偏析等。一般來說，巨觀分析將直接影響鐵合金的使用，需要儘量加以避免。