金属材料与热处理高职层次.ppt

* * * * * * * * * * * 二、结晶过程的基本规律 　　1. 形核和核长大 　　金属的结晶过程从微观的角度看，当液体金属冷到实际结晶温度后，开始从液体中形成一些尺寸极小的、原子呈规则排列的晶体－晶核，这种已形成的晶核不断长大，同时液态金属的其它部位也产生新的晶核，新晶核又不断长大，直到液态金属全部消失，结晶结束。 　　液态金属的结晶包括形核和晶核长大的两个基本环节。 　　形核有自发形核和非自发形核两种方式， 　　自发形核是在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心；非自发形核是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核，非自发形核所需能量较少，它比自发形核容易得多，一般条件下，液态金属结晶主要靠非自发形核。 晶体的长大以枝晶状形式进行的，并不断地分枝发展。 形核和核长大 金属的树枝晶 金属的树枝晶 金属的树枝晶 冰的树枝晶 2. 影响晶核形成和长大的因素 　　晶粒大小对金属机械性能影响较大，在常温下工作的金属其强度、硬度、塑性和韧性，一般是随晶粒细化而有所提高的。影响晶粒大小的因素有： 形核率N，长大速度G，形核率N大，而长大速度G相对小，则晶粒愈细，即N与G的比值大则晶粒细。 　　1）过冷度：ΔT大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。见图2-27　　2）变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些合金，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒的处理方法。 3)机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。 2 影响晶核形成和长大的因素 图2-28 成核速率、长大速度与过冷度的关系 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? §4金属铸锭的组织 铸锭结晶组织 1表层细晶区 2中间柱状晶区 3中心等轴晶区 §4金属铸锭的组织 其组织是由三层不同形状的晶粒组成 １、表面细晶粒区 由于模壁温度较低，造成较大过冷度及模壁的人工晶核作用，使晶粒组织致密成份较均匀。 ２、柱状晶粒区 组织较致密（树枝分枝较少），性能有方向性，脆性大。 由于垂直于模壁方向散快，成长不相互抵触。 ３、中心等轴粗晶粒区 组织较疏松（有显微缩孔，但热压力加工时可焊合）。 由于中心散热困难，温度趋于均匀冷却状态，未熔杂质及细碎枝晶使之形核。 金属铸锭除组织不均匀外，还存在各种铸造缺陷，如缩孔，疏松，气泡、偏析（表面杂质少，中心杂质多）等。　 习题与思考题 1 什么是晶体，什么是非晶体？简述二者在结构与性能上的差别。 2 金属常见的晶体结构由哪几种，Fe、Cu、Al、Ni、Pb、W、Mo、V、Ti、Zn、Mg等各属于哪种晶体结构？ 3 在体心立方晶胞中画出以下晶面或晶向： （121）（101）（321）（121）， ［121］［101］［321］［121 ］ 4 金属结晶包括哪两个过程，结晶的条件是什么？什么叫过冷度？ 5 晶粒大小对材料的机械性能有何影响，影响铸态晶粒大小的主要因素是什么？铸造实际中如何控制金属晶粒大小？何谓变质处理？ 6 金属铸锭的组织有何特点，存在哪些缺陷？ 7 讨论：什么是金属材料的组织结构？金属的实际结构是怎样的？金属中晶体缺陷主要有哪些？这些缺陷是否是性能上的缺陷？ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 书名：金属材料与热处理 ISBN：978-7-111-37510-4 作者：王晓丽 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件 第二章 金属的晶体结构与结晶 《 Metallography and heat-treatment 》  多媒体教学课件 课件制作：王晓丽 本章目的： 1 建立金属晶体结构的理想模型； 2 揭示金属的实际晶体结构； §1 金属的晶体结构 一、晶体的基本概念 1．晶体 非晶体 　　所谓晶体是指其原子（离子或分子）在空间呈规则排列的物体非晶体则反之。 非晶体 晶体 特点：晶体——①有熔点；②具有各向异性。如：食盐，冰，金刚石，金属等。 非晶体——①无熔点；②各向同性。如：玻璃，松香，沥青等。 2. 晶格与晶胞 晶格：表示晶体中原子排列形成的空间格子。晶胞：组成晶格最基本的几何单元。 a b c 晶 胞 示意图 原子 3. 晶格常数—a ,b , c a=b=c且互垂直 表示晶胞几何形状大小 晶体中的原子排列 晶面