平衡凝固是的溶质再分配

一．溶质再分配现象的产生
1） 除纯金属外，单相合金的凝固过程一般是在一个固液两相共存的温度区间内完成的。

在区间内的任一点，共存两相都具有不同的成分，因此结晶过程必然导致界面处固液两相成分的的分离；同时，由于界面处两相成分随温度降低而变化，故晶体长大与传质过程必然相伴而生。

从形核开始到凝固结束，在整个结晶过程中固液两相内部将不断进行着溶质元素的重新分布过程，即为合金结晶过程中的溶质的再分配。

2） 平衡凝固——在一定的压力条件下，凝固体系的温度、成分完全由相应合金系的平衡相图所规定，这种理想状态下的的凝固过程即平衡凝固。

实际上这种理想的凝固过程并不存在，但只要凝固过程的各个因素符合固液界面推进速度远小于合金溶质元素在固相中的扩散系数与凝固时间的比值，就可以视为平衡凝固。

若在固液界面处合金成分符合平衡相图，可视这种情况为界面平衡，相应的凝固过程称为近平衡凝固过程（正常凝固过程）。

2、溶质平衡分配系数：
L
S C C k k 即溶质平衡分配系数，S C 为平衡固相中溶质浓度，L C 为液相溶质浓
度。

二．平衡凝固是的溶质再分配
设平衡凝固过程中，液态合金原始成分为0C ，在凝固过程中，
有液相百分比L C 和体积分数为L f 。

同时固相的百分比和体积分数分
别为S C 、S f 。

由杠杆定律：
0C f C f C L L s S =+ 由溶质平衡分配系数：k C C L
S = ， 1=+S L f f 。

得 )
1(1)1(100k f C C k f k C C L L S S
-+=--= 上式即为平衡凝固时溶质再分配的数学模型，在凝固开始时：O f S ≈ ,1≈L f .即 0kC C S = ，0C C L =；凝固将结束时：1≈S f ,0≈L f 。

即 0C C S =, k C C L 0
=。

由此可见，平衡凝固时溶质的再分配仅取决于
热力学参数 k 。

由此可知，在动力学条件充分时，凝固进行虽然有溶质再分配，但是在凝固结束时，固相的成分为液态合金原始成分0C 。