轮机工程材料教案正文4.docVIP

一、导入 凝固的定义引入 船舶用的金属制件，都需要熔炼和浇注工序，经过由液态转变为固态的过程，称为结晶。 二、讲授新课 2.3金属的结晶与铸锭 一、纯金属的结晶 1、近程有序（不稳定、随机、瞬变）和远程有序 2、定义： 1）从状态看：结晶通常是指金属自液态向固态过渡时晶体形成的过程，称为“一次结晶”。 2）从金属学观点：结晶则是指物质的原子从近程有序过度和远程有序结构的过程。 3、结晶的条件（驱动力） 1）自由能差（必要条件）：ΔG下降。 只有过冷才会产生驱动力ΔG0为结晶的必要条件。 2）过冷（外部条件） 过冷现象：金属的实际结晶温度（Tn）低于理论结晶温度(Tm)的现象，即在Tm以下金属仍处于液态的现象。 只有过冷才会产生驱动力ΔG0为结晶的必要条件。 3）过冷度（充分条件）与冷却曲线 过冷度一般为：10℃—30℃；冷却速度愈大、金属过冷度愈大。因此，采用金属型铸造的铸件的机械性能比砂型提高20~30%。 二、结晶的过程 1、形核 1）晶核：液体中最初形成分的一些作为结晶中心的稳定的微小晶体。 2）晶体形核的方式 （1）自发形核 是从过冷液体中直接产生晶核，由大尺寸的近程有序排列的原子发展而成。但自发形核需要很大的过冷度。 例： Fe需要ΔT=295℃； Ni需要ΔT=319℃ （2）非自发形核 依附于杂质微粒的表面或容器壁表面产生的核，过冷度小10~~~30℃，因此为主导形核方式。 2、晶粒长大 1) 以枝晶状长大；2）是有选择性（散热条件定）。 三、晶粒的大小的控制 1、晶粒度（晶粒大小） 1）表示方法：单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度。 2）晶粒度等级：分为八级，一级最粗，八级最细（幻灯）（100倍显微镜下的晶粒大小）。 3）晶粒大小对金属性能的影响 在一般情况下，晶粒愈小，则金属的强度、塑性和韧性愈好。 2、晶粒大小的控制 1）决定晶粒度的因素 △、形核率（N）G）N）G） 四、铸锭的结构与缺陷 1、结构和性能 1）表层的细晶粒层 ΔT极大，形核率大，晶粒细小，性能好，但极薄，无实用价值。 2）柱状晶层 ΔT减小，使N G，且散热具有明显的方向性，只有与壁垂直的晶核优先长大成整齐、粗大的柱状晶。 性能：组织致密；性能具有明显的方向性，即纵向性能大于横向性能；但晶粒间存在脆弱面。 应用：涡轮叶片、磁性铁合金、有色金属等。 3）中心等轴晶区 ΔT很小，使N小，散热无方向性，晶核可向不同方向生长、形成粗大的等轴晶粒。 性能：无方向性，但组织疏松。 应用：一般铸件。 2、铸件缺陷：缩孔、缩松、气孔、偏析、夹杂等。 三、课堂小结 1、金属的结晶 2、铸锭组织的性能与控制 四、作业 3、4、5、9