第一章内容回顾2.1 金属结晶现象2.2 金属结晶条件2.3 晶核形成（形核）.PPT

1 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？为什么结晶时需要有过冷度？影响过冷度的原因是什么？ 2 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？ 3 简述金属铸锭的组织的形成，每个区的性能特点，存在哪些缺陷？ 4 说明晶体成长形状与温度梯度的关系。 第二章 习题与思考题 * 结晶时形核要点 1、必须要有过冷度ΔT，晶胚尺寸rrK。 2、rK与ΔT成反比。ΔT↑ rK↓。 3、均匀形核既需结构起伏，又需能量起伏 ——液体中的自然现象。 4、结晶必须在一定温度下进行(扩散条件) 5、在工业生产中，液态金属凝固总是以非均匀形核进行。 均匀形核ΔT=0.2Tm 非均匀形核ΔT=0.02Tm 2.3 晶核的形成（形核） 1 液固界面类型 光滑界面 粗糙界面 ┗ 为原子尺度 当显微观察时， 恰好相反 小平面界面 非小平面界面 光滑界面: 液固界面截然分开 粗糙界面: 液固界面犬牙交错 ——金属多为粗糙界面 2.4 晶核的长大 2 晶核长大的机制 光滑界面有两种机制： (1) 二维晶核长大机制 ——速度很慢 (2) 晶体缺陷长大机制 —— 结构上存在台阶时 如螺型位错 ——速度较 (1) 快 2.4 晶核的长大 粗糙界面主要有一种机制： (3) 垂直长大机制（连续长大） 界面上所有位置均为生长点： —— 垂直界面连续长大； —— 长大速度远较(1)(2)快； —— 金属晶体长大的主方式 2.4 晶核的长大 3 晶体的生长形态 （1）液固界面前沿温度分布 正温度梯度温度分布: 液相温度随至界面距离增加而提高。——靠近模壁处 负温度梯度温度分布: 液相温度随至界面距离增加而降低。 晶体的形态不仅与其生长机制有关，而且还与界面的微观结构、界面前沿的温度分布和生长动力学很多因素有关。 2.4 晶核的长大 （2） 晶体的生长形态 (一) 正温度梯度下 光滑界面: 易于形成具有规则形状的晶体。 (100)密排面(简单立方中)，长大速度慢 (101)非密排面，长大速度快 最终外表面为密排面 2.4 晶核的长大 粗糙界面: “平面长大”方式——平面晶 2.4 晶核的长大 (二) 负温度梯度下 “枝晶生长”方式——树枝晶——常见 —— 会解释树枝晶形成 1 粗糙界面 2.4 晶核的长大 2.4 晶核的长大 2 光滑界面 多为小平面树枝状晶体 有时为规则外形晶体 2.4 晶核的长大 三、晶粒大小及控制 1 晶粒大小对材料性能的影响 常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。 ——但高温下晶界为弱区，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性 。此时须采用适当粗晶粒度。 2.4 晶核的长大 2.4 晶核的长大 2 铸造中晶粒大小的控制 形核率越大，长大速度越小，则单位体积中的晶粒数目越多，晶粒越细小。 单位体积中的晶粒数目为： ZV=0.9（N / G）3 / 4 细化晶粒： 提高形核率N， 降低晶核长大速度G 2.4 晶核的长大 工业上常用的方法： （1）增加过冷度 过冷度增大，N、G均增大，但N提高的幅度远高于G ——增加过冷度 —— 加大冷却速度 2.4 晶核的长大 （2）变质处理 添加固相微粒或表面——非均匀形核 变质处理定义：在浇注前往液体中加入变质剂(孕育剂)，促进形成大量的非均匀晶核，该工艺称为~。 孕育剂选择原则： Ⅰ 点阵匹配：即结构相似、尺寸相当。 Ⅱ 孕育剂熔点远高于金属本身 2.4 晶核的长大 如γ- Fe为 f c c 结构 a≈0.3652nm Cu也为 f c c 结构 a≈0.3688nm 在液体Cu中加入少量Fe，可促进形核。 又如 Zr 能促进 Mg 的非均匀形核 Ti 能促进 Al 的非均匀形核。 （3）振动、搅动： 机械方法、电磁波搅拌、 超声波搅拌等。 2.4 晶核的长大 1、铸锭三晶区 1表层细晶区 2中间柱状晶区 3中心等轴晶区 铸锭结构图 2.5 金