工程材料-5new

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1、第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶221结晶的概念结晶：一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变过程一次结晶：L→S晶态二次结晶：S→S晶态结晶与凝固的区别：物质从液态冷却转变为固态的过程叫做凝固，凝固后的物质可以是晶体，也可以是非晶体。如果凝固后的物质是晶体，则这种凝固称为结晶。结晶是从物理化学观点出发，研究液态金属的生核、长大、结晶组织的形成规律。而凝固则是从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过程和铸件性能。第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶331结晶的概念过

2、冷现象：液体金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象过冷度：ΔT=T－T温度01a熔点/开始结晶实际温度bΔTT0deTnc冷却速度越大，开始结晶的温度越低，过冷度越大f时间第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶442结晶的条件自结晶熔化由ΔF物质中能够自动向外界释能放出其多余的或能够对外作功的F这部分能量（F）称为自由能。FsF任何物体都具有释放能量，ΔTL降低能量使其趋于稳定平衡的趋T’To势，如高处的物质，不同温度的两1温度物体接触，而结晶或凝固的过程就是一个降低能量的过程，其驱动力，就是“自由能

3、差”（ΔF）。第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶552结晶的条件自结晶熔化必须存在过冷度由ΔF能热力学定律：自发转变过F程是个高能量Æ低能量当有过冷度时，金属的液态和固态间存在一个“自由能FsFΔTL差ΔF”即F

4、子自发形成的晶核非自发形核：依附外来杂质而生成的晶核对比：自发形核与非自发形核同时存在，但非自发形核一般起优先主导作用第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶773液态金属结晶过程2）晶体的长大：平面长大纯金属在冷却速度小下，垂直最密面长大速度慢，其他方向速度快，平面式推进。平面长大示意图树枝状长大晶核尖角处散热快且缺陷较多。晶体在树枝晶核尖角优先生长，形成树枝晶。晶对比：纯金属在特定条件下晶核发生平面长大；实际金属结晶，晶核一般是以树枝状长大。第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶884纯金属结晶的特点纯金

5、属结晶过程是一个恒温的过程。冷却速度越慢，纯金属ΔT结晶的过冷度越小，即实际结晶的温度与熔点（理论结晶温度）越接近。形核和长大过程是同时进行的纯铜冷却曲线第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶995铸件的晶体结构铸造铸锭结构：柱状晶区细等轴晶区粗等轴晶区过冷度大，过冷度减小，过冷度很小，有利形核散热方向性强无散热方向第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶10105铸件的晶体结构如何提高零件强度？第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶11116细化晶粒的措施过冷度对N、G的影响总原则：核速率N大，长大速率G慢，

6、晶粒总数目多，晶粒细小。1.增大过冷度：过冷度↑，N↑↑，G↑——N/G增大，细化晶粒。2、变质处理：在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。形核率、长大率与过冷度关系3、振动或电磁搅拌：破碎树枝状晶体。第四讲第四讲纯金属的结晶纯金属的结晶12127同素异构转变金属结构在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。晶格的变化会导致体积的变化，产生内应力，严重会导致工件的变形和开裂α-Feγ-Fe纯铁的同素异构转变1394℃912℃δ-Fe⇄γ-Fe⇄α-Fe