金属学第二章.pdfVIP

第一节第一节 金属的结晶现象金属的结晶现象 几乎所有的金属及合金在成为被人们使用的工件或器件以前都要经几乎所有的金属及合金在成为被人们使用的工件或器件以前都要经几乎所有的金属及合金在成为被人们使用的工件或器件以前都要经几乎所有的金属及合金在成为被人们使用的工件或器件以前都要经 过凝固过凝固（（液体变成固体液体变成固体））的阶段的阶段。。凝固的主要应用凝固的主要应用−−铸造工艺是一种非铸造工艺是一种非 常经济的成形方法常经济的成形方法。。某些工件可以直接在铸态下使用某些工件可以直接在铸态下使用——铸件铸件。。 对于金属的对于金属的焊接焊接过程在焊接的熔池中也是金属的凝固过程过程在焊接的熔池中也是金属的凝固过程。。对于对于 焊缝和铸件而言焊缝和铸件而言，，凝固之后的组织即为最终使用状态的组织凝固之后的组织即为最终使用状态的组织（（除非进除非进 行热处理行热处理行热处理行热处理 ）））），，因此凝固过程的控制也就控制了焊缝或铸件的性能因此凝固过程的控制也就控制了焊缝或铸件的性能因此凝固过程的控制也就控制了焊缝或铸件的性能因此凝固过程的控制也就控制了焊缝或铸件的性能。。 对于大多数的金属材料而言对于大多数的金属材料而言，，在铸造之后会再进行一系列的加工在铸造之后会再进行一系列的加工 过程过程，，例如热轧例如热轧，，冷轧冷轧，，热处理等等热处理等等。。即使这时铸造组织不是最终的即使这时铸造组织不是最终的 使用组织使用组织使用组织使用组织 ，，但是铸造组织会对加工的工艺过程和最终产品的性能造成但是铸造组织会对加工的工艺过程和最终产品的性能造成但是铸造组织会对加工的工艺过程和最终产品的性能造成但是铸造组织会对加工的工艺过程和最终产品的性能造成 一定的影响一定的影响。。 金属学与热处理金属学与热处理 金属结晶的过程往往并不发生在金属的金属结晶的过程往往并不发生在金属的理论熔点理论熔点 （（凝固点凝固点））温度温度，， 结晶的发生往往需要一定的结晶的发生往往需要一定的过冷度过冷度 ，，也就是结晶往往发生在金属的理论也就是结晶往往发生在金属的理论 熔点一下的某一温度熔点一下的某一温度。。过冷度的大小与金属的成分和冷却速度有关过冷度的大小与金属的成分和冷却速度有关。。 金属结晶过程中一般会释放热量金属结晶过程中一般会释放热量，，称之为称之为结晶潜热结晶潜热。。理论上对于纯理论上对于纯 金属金属，，结晶潜热的释放和外界对热量的传递会达到一个动态平衡结晶潜热的释放和外界对热量的传递会达到一个动态平衡，，而在而在 冷却曲线冷却曲线（（温度温度--时间曲线时间曲线））上出现一个平台上出现一个平台。。这是体系中出现两相区这是体系中出现两相区 平衡平衡平衡平衡 ，，，，当结晶完成后当结晶完成后当结晶完成后当结晶完成后 ，，，，温度继续降低温度继续降低温度继续降低温度继续降低。。。。实际上这种情况只在冷却速度及实际上这种情况只在冷却速度及实际上这种情况只在冷却速度及实际上这种情况只在冷却速度及 其缓慢接近与平衡结晶时才会出现其缓慢接近与平衡结晶时才会出现。。 实验观察表明实验观察表明，，凝固凝固过程过程是一个从无到有是一个从无到有（（形核形核 ））、、从小到大从小到大 （（长大长大 ））的过程的过程。。形核和长大过程在整个系统内是重叠交错的形核和长大过程在整个系统内是重叠交错的。。 凝固结束以后凝固结束以后凝固结束以后凝固结束以后 ，，，，一一般情况下固态金属和合金是般情况下固态金属和合金是般情况下固态金属和合金是般情况下固态金属和合金是多晶体多晶体多晶体多晶体 ，，，，不同的金属不同的金属不同的金属不同的金属 及合金在不同的结晶条件下所得到的晶粒的大小及合金在不同的结晶条件下所得到的晶粒的大小、、形状形状、、分布分布、、晶体学晶体学 取向取向（（织构织构））、、相的成分以及相对量不同相的成分以及相对量不同，，形成各种各样的形成各种各样的组织组织 ，，从而从而 导致千差万别的导致千差万别的导致千差万别的导致千差万别的性能性能性能性能 。。 金属学与热处理金属学与热处理 第二节第二节 金属结晶的热力学条件金属结晶的热力学条件 根据热力学第二定律根据热力学第二定律根据热力学第二定律根据热力学第二定律 ，，，，恒温恒压条件下物质系统的自由能总是恒温恒压条件下物质系统的自由能总是恒温恒压条件下物质系统的自由能总是恒温恒压条件下物质系统的自由能总是 自自自自 发地发地从高能的状态向低能的状态从高能的状