固相線

相是物理學名詞。成份、結構相同的組織統稱為相。二元相圖又稱二元系相圖，是表示系統中兩個組元在熱力學平衡狀態下組份和溫度、壓力之間的關係的簡明圖解。

固相線其下全為固相，固相就是由固體組成的相。平衡狀態固相線計算常用的計算公式是基於Fe-C平衡相圖（鐵碳平衡圖）的。非平凝固狀態固相線通常採用模型熱跟蹤計算。

基本介紹

• 中文名：固相線
• 外文名：solidus
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：冶金工程
• 相：成份、結構相同的組織
• 特點：固相線其下全為固相

名詞解釋

相，是物理學名詞。成份、結構相同的組織統稱為相。多相系統中，不同相之間一定有明顯的分界面，越過界面時，物理性質和化學性質將發生突變。

如有冰、水組成的混合物，冰是一個相，水又是一個相，共有兩個相。而酒精可以溶解於水，水和酒精的混和物卻只有一個相。又如兩塊晶形相同的硫黃是一個相，而兩塊晶形不同的硫黃(如斜方晶形和單斜晶形)則是兩個相。不同的相之間的相互轉變叫做相變。相變是十分普遍的物理過程。物態變化就是一種相變過程。例如，固體、液體之間的物態變化過程就是物質 從固相轉變為液相(熔化)或液相轉變為固相(凝固)的過程。

固相就是由固體組成的相。

二元相圖

二元相圖又稱二元系相圖，英文名稱binary diagram，是表示系統中兩個組元在熱力學平衡狀態下組份和溫度、壓力之間的關係的簡明圖解。最初，相圖通過大量實驗得到。隨著計算材料學的發展，以分子動力學為基礎的計算相圖成為得到相圖的一種高效手段。

任何複雜的二元相圖均可視為由如下四種平衡中的一種或者幾種組合而成，即：

1.溶液與純物質的平衡相圖，屬於這類相圖的有二元共晶相圖和二元共析相圖；

2.溶液與固溶體的平衡相圖，屬於這類相圖的有二元連續固溶體相圖和二元有限固溶體相圖；

3.溶液與化合物的平衡相圖，屬於這類相圖的有含中間化合物的二元相圖；

4.液液分層的平衡相圖。

固相線定義

在二元相圖上將各相區分隔開的線叫相界線。

合金冷卻時，會在某一個溫度開始形成固體晶體（但大部分為液體），再繼續冷卻，就會在一個更低的溫度完全變成固體。隨著合金成分的變化，這兩個溫度點也會變化，因此形成一個相對合金成分變化的兩條曲線。上面一條曲線為液相線，下面為固相線。

液相線其上全為液相，線下有固相出現。固相線其下全為固相。

固相線的計算

在幾個鋼種熱物性參數中，影響兩相區分布的主要參數為液相線和固相線。二者之間的差值決定了固液兩相區的大小，也反映了該鋼種溶質的偏析程度。對於液相線的計算，研究人員給出不同的公式，雖然各個公式之間存在一定差異，根據各自公式的套用範圍，結果基本能滿足工程要求。然而，針對固相線的計算則很少，主要是因為鋼中含有多種合金元素，這些多元合金及相互作用對固相線的影響還相對缺乏。有些研究者提供了一些實驗數據，但是這些數據相對分散，很難清晰反應出鋼種中不同溶質元素對固相線的影響。

平衡狀態固相線計算

常用的計算公式是基於Fe-C平衡相圖（鐵碳平衡圖）確定的平衡凝固下固相線計算公式。該公式是將鋼中其他元素根據該元素對鋼種凝固影響轉化成相應含量的碳的影響，即碳當量，然後根據Fe-C平衡相圖中相關的相分界線，計算該鋼種固相線。

非平凝固狀態固相線計算

利用上式計算固相線溫度與生產條件下實驗測量的數據相比，發現計算數值明顯偏高。這主要是因為鋼中多元合金元素及這些元素在枝晶間的微觀偏析乃至巨觀偏析導致連鑄過程中鋼的凝固路徑偏離平衡狀態。因此，連鑄過程中採用平衡凝固條件下固相線計算公式勢必會影響動態二冷與動態輕壓下線上二級模型的控制精度。

實踐套用表明，採用非平衡凝固狀態下的固相線，模型熱跟蹤計算結果與鑄坯實際凝固狀態吻合很好。鑒於當前非平衡凝固固相線研究的不足及其對輕壓下控制模型精度的影響，北京科技大學錢宏智等提出基於規則的正六稜錐體枝晶的凝固過程溶質微觀偏析模型可以較好地確定非平衡凝固的固相線溫度。