金属学及热处理纯金属的结晶ppt课件.ppt

《金属学及热处理纯金属的结晶ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、CrystallizationofpureMetals第二章纯金属的结晶晶体液体结晶结晶：液体-->晶体凝固：液体-->固体（晶体或非晶体）freezing结晶：液态金属转变为固态金属晶体的过程。结晶是铸锭、铸件、金属焊接生产的主要过程。是材料制备的最主要工艺。广义结晶定义：聚集态，晶态，非晶态—晶体的过程。章节内容2.1纯金属结晶的现象2.2金属结晶的热力学条件★2.3金属结晶的结构条件2.4晶核的形成★2.5晶核长大★2.1金属结晶的现象2.1.1结晶过程的宏观现象实际结晶温度低于理论结晶温度的

2、现象。无限缓慢时间温度TsTmΔT=Tm-TsΔT1.过冷现象(undercooling)称：ΔT为过冷度金属纯度↑ΔT↑，冷却速度↑ΔT↑1mol物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。2.结晶潜热无限缓慢时间温度TsTm2.1.2金属结晶的微观过程纯金属的结晶过程形核+长大Nucleation+Growth具体过程：不同地点同时、不断形核→核长大→相遇→多晶体。结晶速度：取决于形核率N和长大速度G,一般△T↑，结晶速度↑。2.2金属结晶的热力学条件T0T1ΔT液体和晶体

3、自由能随温度变化GL=GS时，Tm称平衡熔点。单位体积自由能的变化ΔGv与过冷度ΔT的关系：上式中ΔT=Tm-T即为过冷(UndercoolingorSupercooling)度,只有ΔT>0时,ΔGV>0，液态向固态相变自发进行。气体、固体、液体和非晶态材料的双体分布函数2.3金属结晶的结构条件1.准晶体模型：接近熔点时，液态金属中部分原子的排列方式与固体金属相似，有许多晶态小集团，称为晶胚。液态金属的某些模型2.非晶体模型：液体金属中的原子相当于紊乱的密堆球，当中，有着被称为“伪晶核”的高致密区

4、－－晶胚。这种不断变化着的近程有序原子集团称为结构起伏(structurefluctuation)，或相起伏。在过冷液体中出现的尺寸较大的相起伏才有可能转变为晶核，这些相起伏就是晶核的胚芽，称为晶胚。只有在过冷液体中的相起伏才能成为晶胚。但是，并不是所有的晶胚都能转变成晶核。2.4晶核的形成晶核的形成分为均匀形核和非均匀形核。形核率(nucleationratio):单位时间内,单位体积液体金属中形成的晶核数N.单位为I/Cm-3s-1.生长率(growthratio):单位时间内,晶核增长的线长度

5、U,单位是cm.s-1.晶粒(crystalgrain):各晶核长大至互相接触后形成的外形不规则的小晶体.2.4.1均匀形核homogeneousnucleation由均匀母相中形成新相结晶核心的过程，是一种无择优位置的形核。1.均匀形核的能量条件△G有一最大值，对应于rk称rk为：临界晶核ΔT增大时，rk和ΔGk都将减小。即：过冷度增大时，较小的晶胚可成为临界晶核，形核率增加。临界过冷度△Tk为临界过冷度，约为0.2Tm.2.均匀形核的形核功△Gk为形核功△Gk为形核功形成临界晶核rk时，△Gk仍

6、为正值，其值为表面能的三分之一，即体积自由能差值只能补偿三分之二的表面能增值，不足的三分之一需要依靠液相中的能量起伏来补充。均匀形核的条件必须过冷，过冷度越大，结晶的趋势也越大。同时具备与过冷度相适应的r≥rc晶核和形成晶核的能量。3.均匀形核的形核率原子可动性温度e-ΔGA/KT相变驱动力温度e-ΔG*/KTN=N1N2TmN结晶内容回顾宏观：过冷度、结晶潜热微观：形核+长大热力学条件结构条件相起伏——晶胚ΔT↑，rmax↑晶核形成：内容回顾一、均匀形核临界晶核：存在有ΔTk，当ΔT=ΔTk时，r

7、max=rk形核功：晶核形成：内容回顾形核功：形核率：N=N1N2TmN均匀形核的条件必须过冷，过冷度越大，结晶的趋势也越大。同时具备与过冷度相适应的r≥rc晶核和形成晶核的能量。内容回顾二、非均匀形核non-homogeneousnucleation实际生产时，金属液体中难免含有少量杂质，而且总是在一定容器中凝固，为液体原子在固态杂质颗粒表面及容器表面形核创造了条件。择优位置形核的过程就是非均匀形核。非均匀形核比均匀形核过冷度小得多。1.非均匀形核的临界晶核尺寸及形核功2.非均匀形核的形核率，较小

8、的过冷度下可获得较高的形核率，但非均匀形核的最大形核率小于最大的均匀形核率均匀形核非均匀形核ΔTI3.影响非均匀形核的因素(1)过冷度(2)固体杂质结构σαβ越小时，σLβ就越接近σαL，cosθ值越接近于1，θ角就越小。实验结果表明：只有那些与晶核的晶体结构相似，点阵常数相近的固体杂质才能促进非均匀形核。可减少固体杂质与晶核之间的表面能，从而减少θ角以减少。(3)依附基底的表面曲率：相同的曲率半径和θ角时，凸面基底的晶胚体积最大，凹面基底的晶胚体积最小。θθθ(4)