第三章金属的结晶.

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1、l物质由液态转变为固态的过程称为物质由液态转变为固态的过程称为凝固凝固。l物质由液态转变为晶态的过程称为物质由液态转变为晶态的过程称为结晶结晶。物质由一个相转变物质由一个相转变为另一个相的过程为另一个相的过程称为称为相变相变。结晶过。结晶过程是相变过程。程是相变过程。l一、冷却曲线与过冷度一、冷却曲线与过冷度l1、冷却曲线、冷却曲线l金属结晶时温度与时间的关系曲金属结晶时温度与时间的关系曲线称线称冷却曲线。冷却曲线。曲线上水平阶段曲线上水平阶段所对应的温度称所对应的温度称实际结晶温度实际结晶温度T1。l 曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的

2、。 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线l2、过冷与过冷度过冷与过冷度l纯金属都有一个纯金属都有一个理论结晶温度理论结晶温度T0(熔点熔点或或平衡结晶平衡结晶温度温度)。在该温度下。在该温度下, 液体和晶体处于液体和晶体处于动平衡状态动平衡状态。l结晶只有在结晶只有在T0以下的实际以下的实际 结晶温度下才能进行。结晶温度下才能进行。雾凇雾凇l液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称现象称过冷过冷。理论结晶温度与实际结晶温理论结晶温度与实际结晶温度的差度的差 T称称过冷度过冷度。 T= T0 T1l过冷度大小与冷却速过冷度大小与冷却速 度有关，度有关，冷速越大，

3、冷速越大， 过冷度越大过冷度越大。界面自由能界面自由能体积自由能体积自由能晶胚晶胚晶核晶核rrcG*自由能变化自由能变化Gl晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶晶核形成后便向各方向生长，同时，又有新的晶核产生。核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界触后形成晶界。l2、晶核的形成方式晶核的形成方式l形核有两种方式形核有两种方式，即，即均匀形核均匀形核和和非均匀形核非均匀形核。l由液体中排列规则的原子团形成晶核称由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核均匀形核

4、。l以液体中存在的固态杂质为核心形核称以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核非均匀形核。非均匀形核更为普遍。非均匀形核更为普遍。非均匀形核示意图非均匀形核示意图l3、晶核的长大方式晶核的长大方式l晶核的长大方式有两种晶核的长大方式有两种，即，即 均匀长大均匀长大和和树枝状长大树枝状长大。l在正温度梯度下，晶体生长在正温度梯度下，晶体生长 以平面状态向前推进。以平面状态向前推进。光滑界面光滑界面粗糙界面粗糙界面正温度梯度正温度梯度l实际金属的结晶主要以树枝状长大。实际金属的结晶主要以树枝状长大。l这是由于存在这是由于存在负温度梯度，负温度梯度，且且晶核棱角处的散热晶核棱角处的散热条件好，生

5、长快，先形成条件好，生长快，先形成一次轴一次轴，一次轴又会产，一次轴又会产生生二次轴二次轴，树枝间最后被填充。，树枝间最后被填充。负温度梯度负温度梯度金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶冰的树枝晶l1、晶粒度、晶粒度l表示晶粒大小的尺度叫表示晶粒大小的尺度叫晶晶 粒度粒度。晶粒度用晶粒的晶粒度用晶粒的 平均面积或平均直径表示。平均面积或平均直径表示。l工业生产上采用工业生产上采用晶粒度等级晶粒度等级来表示晶粒大小。来表示晶粒大小。标准标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准

6、图对照来评级。倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。l2、决定晶粒度的因素、决定晶粒度的因素l晶粒的大小取决于晶粒的大小取决于晶核的形成速度晶核的形成速度和和长大速度长大速度。l单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫单位时间、单位体积内形成的晶核数目叫形核率形核率(N)。l单位时间内晶核生长的长度单位时间内晶核生长的长度过冷度对过冷度对N、G的影响的影响叫叫长大速度长大速度(G)。N/G比值越大，晶粒越细小比值越大，晶粒越细小。凡是促进形核、抑制长大的凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒。因素，都能细化晶粒。1）、）、控制过冷度控制过冷度：随过冷度随过冷度增增 加，加，N/G值增加，晶粒