工程材料 教学课件 王正品 第3章　金属的结晶与二元相图.pdfVIP

36766-03a 主编 第3章　金属的结晶与二元相图 3.1　纯金属的结晶 3.2　合金的结晶 3.3　铁碳合金的结晶 3.1　纯金属的结晶 3.1.1　结晶的热力学条件 3.1.2　纯金属的结晶过程 3.1.3　结晶后晶粒的大小及控制 3.1.4　金属铸锭(铸件) 的宏观组织及控制 3.1.1　结晶的热力学条件 3-1.TIF 3.1.1　结晶的热力学条件 结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现 象称为过冷(supercooling)。结晶的驱动力是实际 结晶温度Tn下晶体与液体的吉布斯自由能差ΔGV， 结晶的热力学条件是该吉布斯自由能差小于零。 而理论结晶温度Tm与实际结晶温度Tn 的差值ΔT 称为过冷度(degree of supercooling)，即 3.1.1　结晶的热力学条件 图3-2　纯金属的冷却曲线 3.1.2　纯金属的结晶过程 1.晶核的形成方式 2.晶核的长大方式 3.1.2　纯金属的结晶过程 图3-3　纯金属结晶过程示意图 1.晶核的形成方式 液态金属中尺寸不同的短程有序的原子集团， 在结晶温度以下，超过临界尺寸的原子集团开 始变得稳定，成为结晶核心，逐渐长大。这种 由金属原子在液体内部自发、均匀地形成结晶 核心的过程称为自发形核或均匀形核(homogene ous nucleation)。 2.晶核的长大方式 图3-4　液固界面前沿的温度分布方式 　 a)正温度梯度 b)负温度梯度 2.晶核的长大方式 图3-5　晶粒长大方式 　 a)平面长大 b)树枝状长大 3.1.3　结晶后晶粒的大小及控制 (1) 增大过冷度　过冷度越大，结晶时形核率越高，金属结晶后晶粒越多， 晶粒越细小。 (2) 变质处理　在金属熔液凝固之前加入变质剂(也称孕育剂或形核剂，cat alyst or inoculants)，提高非自发形核的形核率，可有效地细化晶粒。 (3) 振动　对金属熔液进行振动，可使已结晶的枝晶破碎，变成多个晶核， 使形核增殖，细化晶粒。 (4) 搅拌　对正在结晶的金属液进行搅拌，目的也是使已结晶的枝晶破碎， 变成多个晶核，使形核增殖，细化晶粒。 3.1.4　金属铸锭(铸件) 的宏观组织及控制 1.铸锭(铸件) 的宏观组织 2.铸锭(铸件) 的缺陷 1.铸锭(铸件) 的宏观组织 图3-6　铸锭的典型宏观组织示意图 1.铸锭(铸件) 的宏观组织 图3-7　铸锭宏观组织图 a)铸锭横截面组织图　b)铸锭纵截面组织图 2.铸锭(铸件) 的缺陷 (1)缩孔　 (2)疏松　 (3)气孔　 (4)偏析　 (1)缩孔　 大多数金属结晶时会发生体积收缩。先结晶区 域的体积收缩能够得到金属液的补充，后结晶 的部分得不到补充就会形成缩孔(shrinkage)，通 常在最后结晶的部位会形成集中缩孔(pipes)。 (2)疏松　 先结晶形成的树枝晶体积收缩后，金属液未能及时补充到枝晶 间，就会形成细小分散的缩孔，称为分散缩孔或疏松(interdendri tic shrinkage) 。 (3)气孔　 气体在金属液体中的溶解度大于在金属固体中的固溶度，结晶时会有气体析 出；若铸