均衡凝固理論又名固化，是指研究從液態轉變為固態過程的理論。是通用公司卡賽博士提出的理論，主要用於石墨化膨脹來補縮鑄鐵件。
基本介紹
- 中文名：均衡凝固理論
- 外文名：solidification theory
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
定義,均勻凝固,凝固的形成過程,主要內容,理論基礎,液態金屬成核率的影響因素,
定義
均衡凝固理論又名固化，是指研究從液態轉變為固態過程的理論。是通用公司卡賽博士提出的理論，主要用於石墨化膨脹來補縮鑄鐵件。
均勻凝固
△ ABC：鑄件在凝固過程總的收縮量；
△ ACD：鑄件在凝固過程總的膨脹量；
△ ABE：鑄件的表觀收縮量；AC：鑄件總的凝固時間；
—AE：鑄件達到表觀收縮為零所需的時間；E點：均衡點—EC：外部補縮時間。
①均勻凝固理論
逐層凝固：鑄件表面形成一個完整的外殼，普通灰鑄鐵——糊狀凝固——未形成完整外殼——球磨鑄件——剛性好的鑄型。
石墨化膨脹：片狀石墨，球狀石墨二次膨脹
自補縮能力：消除縮松
利用鑄鐵件石墨的二次膨脹消除縮孔、縮松的工藝方式為：利用均衡凝固原理
②影響因素
利於石墨化的因素，將有利於利於石墨化二次膨脹消除縮松缺陷。
均衡凝固理論示意圖凝固的形成過程
晶體在凝固過程中放出熱量，冷卻至一定溫度開始凝固，當溫度不變保持恆定即為凝固點。
非晶體(如玻璃、石蠟等則在凝固過程中隨溫度下降而失去流動性，最終成為固體。無恆定凝固點。
凝固過程從其發生到結束是由兩個過程構成,即起始晶核的形成和這些核心的長大。多年來，關於晶體生長的研究人們做了大量的工作,取得了很多卓有成效的研究結果。然而，凝固過程不僅僅是晶體長大過程,晶核是如何形成的?晶核在形成前是如何演變的等問題也是凝固過程研究的重要問題。M.Volmer、R.Becker、Я.И.Френкелъ等人建立的經典凝固形核理論，經過近八十年眾多研究者的補充、完善已形成了定性解釋凝固形核(尤其是均質形核)的經典教義。
主要內容
凝固主要涉及金屬、合金及聚合物，金屬凝固從金屬學觀之，可視為液態變為固態的相變過程除某些液態金屬、合金在激冷條件下凝固成為無定形結構非晶態金屬外，多數情況是晶體成核和長大的過程。金屬凝固過程主要是在過冷下，通過晶粒的成核和長大及釋放潛熱而完成。金屬的凝固過程還伴隨體積變化。固體脫熔和元素偏析等現象。
理論基礎
其理論基礎為熱力學、村圖、傳熱、傳質、和相變中的擴散等。
液態金屬成核率的影響因素
液態金屬的成核率和臨界晶核與金屬熔點(Tm)、過冷度(∆T)、比界面能（σ）及熔化熱（L）有密切關係。如為非均勻成核，則容器壁和熔體中固態質點均可促進晶核的形成，從而減少臨界晶核的尺寸。此外，所謂動態成核，即振動、摩擦等都對成核有影響。金屬液體中出現大於臨界尺寸的晶粒以後，就開始結晶。結晶的發展除依賴新晶核的不斷產生外，主要靠晶核的長大。晶體在液體中的長大大致可分為幾類;晶液界面粗糙晶體的連續長大，光滑表面的形核成長，晶體的螺旋式成長連續長大靠單原子擴散，表面形核成長即當單原子尺寸超過臨界值時，其它原子可在此晶核側面成長，螺旋式長大則是螺型位錯的光滑界面晶體的成長過程。
