《材料的结晶》PPT课件

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1、第三章金属与合金的结晶内容提要：纯金属的结晶；合金相图的建立；合金的结晶；合金性能与相图间的关系。★物质由液态转变为固态的过程称为凝固。物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。玻璃制品水晶第一节纯金属的结晶一.冷却曲线与过冷度二.结晶的一般过程三.金属结晶后的晶粒大小四.同素异构转变一、冷却曲线与过冷1、冷却曲线金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的.To－理论结晶温度:液态金属在非常缓慢的冷却条件下结晶的温度。Tn－实际结晶温度：液态金属冷却到To以下某一个温度下开始结晶

2、的温度。金属的冷却曲线2、过冷与过冷度液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度之差T称过冷度。T=T0–Tn过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。二、结晶的一般过程1、结晶的基本过程结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成.液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下,经一段时间后(即孕育期),一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。2、晶核的形成方式形核有两种方式，即

3、自发形核和非自发形核。由液体中排列规则的原子团形成晶核称自发形核。以液体中存在的固态杂质为核心形核称非自发形核。非自发形核更为普遍。自发形核3、晶核的长大方式晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。均匀长大树枝状长大树枝状长大(1)平面长大：当冷却速度较慢时，金属晶体以平面长大方式长大。在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。(2)树枝状长大：当金属的冷却速度较快时晶体以树枝状长大方式长大。实际金属结晶主要以树枝状长大.这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。负温度梯度树枝状长大的实际观察树枝状结晶

4、金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶三、金属结晶后的晶粒大小1、晶粒大小金属结晶完后、由许多晶粒组成。晶粒的大小用单位体积内的晶粒的数目来表示。金属晶粒越细，金属的强度、硬度、塑性和韧性越高。结晶后晶粒的大小还与结晶时的形核率N和晶核的长大速度G有关。在实际生产中，液态金属能达到的过冷范围内N的增长比G的增长要快，故，随T的增加N/G值增加，晶粒就变细。2、控制晶粒度的方法⑴控制过冷度：随过冷度增加，N/G值增加，晶粒变细。⑵变质处理：又称孕育处理。即有意向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。所加入的非均匀形核物质叫变质剂（或称孕育剂）。Al-Si合金组织缓

5、冷快冷未变质变质铸铁变质处理前后的组织变质处理前变质处理后变质处理使组织细化。变质剂为硅铁或硅钙合金。电磁搅拌细化晶粒示意图超声振动细化晶粒示意图⑶振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核，另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。3、晶粒大小对金属性能的影响常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好,即细晶强化。高温下，晶界呈粘滞状态，在外力作用下易产生滑动，因而细晶粒无益。但晶粒太粗易产生应力集中。因而高温下晶粒过大、过小都不好。晶粒大小与金属强度的关系单晶叶片s=i+Kd-1/2多晶铁的

6、拉伸变形室温高温四、同素异构转变构转变。同素异构转变属于相变之一—固态相变。1、铁的同素异构转变铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：1394℃912℃-Fe⇄-Fe⇄-Fe物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异-Fe、-Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。-Fe-Fe2、固态转变的特点⑴形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。⑵由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。⑶固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。固态相变的晶界形核(Sn-0.5%Cu铸态，255K)锡疫第二节合金的结晶一、

7、二元相图的建立二、二元相图的基本类型与分析1、二元匀晶相图2、二元共晶相图3、二元包晶相图4、形成稳定化合物的二元相图5、具有共析反应的二元相图三、相图与合金性能之间的关系合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。用相图可以了解不同成分的合金；可以知道该合金由那些相组成的；相对成分和含量是多少；还可以知道加热和冷却过程中发生的转变。亚共析钢共析钢过共析钢共晶白口铁过共晶白口铁亚共晶白口