03-金属的结晶.ppt

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1、《工程材料与热加工基础》第三章金属的结晶机电系：贾伟建纯金属的结晶凝固与结晶的概念结晶的现象与规律同素异晶(构)转变狭义上注意区分：一次结晶与二次结晶1）、纯金属的结晶液体晶体结晶结晶：液体-->晶体凝固：液体-->固体（晶体或非晶体）*原子由近程有序排列向远程有序排列的过程。热分析法获得的平衡冷却曲线tTT0Tn理论结晶温度开始结晶温度}T过冷度T=T0-Tn纯金属结晶的充分条件就是一定要有过冷度（克服界面能）To2）、结晶过程的宏观现象、微观条件1、纯金属结晶时的冷却曲线时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线T1结晶平台(是由

2、结晶潜热导致)冷却速度越大，则过冷度越大。过冷现象：过冷是结晶的必要条件。过冷度:ΔT=T0–T1结晶热力学条件：固-液体积自由能之差。金属结晶的结构条件：近程有序结构结构起伏1.晶胚2.晶核3.长大远程有序结构二).结晶过程的一般规律形核长大形核、长大液态金属形核长大完全结晶形核和（晶核）长大的过程动态演示：（结构条件：晶胚临界形核半径晶核）稳定存在的晶核：自发形核、非自发形核1、晶核的形成在一定的过冷度下,当F体≥F表时,晶核就形成。临界形核半径（假设球形）随过冷度增大而减小。当过冷液体中出现晶坯时，一方面由于原子由液态

3、的聚集状态转变为固态的排列状态，使体系的自由能降低）；另一方面，由于晶坯构成新的表面，又会引起表面自由能的增加。rr*时，随晶胚长大，系统自由能降低，凝固过程自动进行。晶核形成的形式:*自发形核（均质形核）△T=200℃*非自发形核（异质形核）△T=20℃2、晶核两种长大方式：平面生长树枝状生长晶核的树枝状长大方式金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶三）、影响晶核的形核率和晶体长大率的因素过冷度的影响未熔杂质的影响过冷度的影响形核率：难熔

4、杂质孕育处理异质形核晶粒度——表示晶粒大小，分8级。晶粒度12345678单位面积晶粒数（个/mm2）16326412825651210242048晶粒平均直径（μm）2501771258862443122细晶强化—晶粒细化使金属机械性能提高的现象比较：细晶强化-->强度、硬度、塑性、韧性↑固溶强化-->强度、硬度↑，塑性、韧性↓晶粒度与细晶强化纯铁晶粒度与力学性能的关系晶粒度(晶粒数/mm2)b(N/mm2)s(N/mm2)(％)6.32374635.3512747044.819429410847.5四）、细化晶粒的

5、途径1）提高冷却速度V冷△TN晶粒细小3）机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。形核率N、长大速度R与过冷度T的关系TG，NRN1）提高冷却速度四）、细化晶粒的途径V冷△TN晶粒细小在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增加，晶粒细化。——机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。2）变质处理：3）振动结晶：二元合金相图合金(alloy)合金系(alloyseries)相(phase)相平衡组元(元)(element)相图(ph

6、asediagram)平衡相图平衡组织：(statenchyma)显微组织(microscopicstructure)基础知识热分析法相图的建立名称A金属B金属晶格类型bccbcc熔点高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%……..……..…….合金920%80%合金1010%90%合金110%100%相图的建立时间温度90705030AB温度A温度B温度abab:液相线ab:固相线LL+SSL:液相区S:固相区L+S:液固共存区AB温度TLTSTnbacABabLS温度匀晶相图L+S同类：Cu-Ni、Cu-A

7、u、Au-Ag、Fe-Cr等匀晶相图铜-镍合金匀晶相图CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+纯铜熔点纯镍熔点液相线固相线液相区固相区固液两相区匀晶相图转变abcdT,CtLLL匀晶转变L冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455LL+匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。枝晶偏析：一个晶粒内化学成分不均匀的现象Cu-N

8、i合金的铸态显微组织示意图树干：镍多枝叶：铜多腐蚀分析杠杆定律：组成相相对量的计算方法假设：合金的总量为1QL＝(x/-K)/(x/-x)QS＝(K-x)/(x/-x)类似于杠杆定律则：QL＋QS＝1QL*x＋QS*x/=1*KTLTSTnbac杠杆定理QS