第二章金属的结晶讲课稿.pptVIP

铸铁变质处理前后的组织 变质处理前 变质处理后 变质处理使组织细化。变质剂为硅铁或硅钙合金。 电磁搅拌细化晶粒示意图 超声振动细化晶粒示意图 3、振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或 搅动，一方面靠外部输入的能量来促进形核， 另一方面也可使成长中的枝晶破碎，使晶核数目显著增加。 气轮机转子的宏观组织(纵截面) 细晶的熔模铸件(上) 普通铸件(下) 例 1 电磁搅拌电磁搅拌装置示意图 Fig. Schematic of fixing positions of thermocouples 1-molten metal, 2-mold, 3-thermocouples, 4 -electromagnetic stirrer 4×10mm No.54321 φ90mm φ80mm 100mm 4 1 2 3 Top view 第二章 材料的凝固 物质由液态转变为固态的过程称为凝固。 材料的凝固分为两种类型： 1。一种形成晶体，称为结晶。结晶过程是相变过程 2。另一种是形成非晶体，非晶材料在凝固过程中 是逐渐变硬的。 有固定的凝固温度 逐渐变硬 结晶 非晶体 看图回答那个是晶体那不是？ 第一节 纯金属的结晶 1、冷却曲线 金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度T1。 曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜热引起的。 一、冷却曲线与过冷度 纯金属的冷却曲线 理论 实际 每一种物质都有自己的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度，但是，在实际结晶过程中，实际结晶温度总是低于理论结晶温度的，这种现象称为过冷现象，两者的温度差值被称为过冷度 概念解说 2。过冷与过冷度 纯金属都有一个理论结晶温度T0(熔点或平衡结晶温度)。在该温度下, 液体和晶体处于动平衡状态。 结晶只有在T0以下的实际 结晶温度下才能进行。 雾凇 液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。 理论结晶温度与实际结晶温度的差?T称过冷度。 ?T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大，过冷度越大。 金属结晶时为什么必须过冷的根本原因：在等温等压条件下，物 质系统总是自发地从自由能较高的状态向自由能较低的状态转 变。而过冷度是指金属的理论结晶温度T0与实际结晶温度T1的 差值，要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要使实际结晶温度 低于理论结晶温度，这样才能满足结晶的热力学条件。过冷度越 大，固、液两相自由能的差值越大，即相变驱动力越大，结晶速 度便越快。所以存在过冷度是结晶的必要条件。 同学们有想过为什么存在过冷度吗？？ 现在是否明白了。 二、结晶的一般过程 1、结晶的基本过程 结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下，经一段时间后(即孕育期)，一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。 T0 T1 ΔT 液体和晶体自由能随温度变化 晶核半径与ΔG关系 晶核形后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。 晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失 每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。 2、晶核的形成方式 形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。非均匀形核更为普遍。 非均匀形核示意图 均匀形核 3、晶核的长大方式 晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。 在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。 正温度梯度 均匀长大 实际金属的结晶主要以树枝状长大。 这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝间最后被填充。 负温度梯度 树枝状结晶 金属的树枝晶 金属的树枝晶 金属的树枝晶 冰的树枝晶 温度梯度G和冷却速率R对晶体形貌的影响 第二节 晶粒大小的控制 一、晶粒度 表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。可用晶粒的平均面积或平均直径表示。 工业生产上采用晶粒度等级来表示晶粒大小。 标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级。 二、晶粒大小对金属性能的影响 常温下，晶粒越细，晶界面积越大，因而金属的强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好。即细晶强化。 高温下，晶界呈粘滞状态，在外力作用下易产生滑动，因而细晶粒无益。 晶粒大小与金属强度的关系 单晶叶片 三、决定晶粒度的因素 晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。 过冷度对N、G的影响 单位时间、单位体积内形成