《金属材料工程概论（第2版）》13-3金属及合金的结晶课件.ppt

13.3金属及合金的结晶

在物质状态的转变过程中，通常把液态向固态的转变称为“凝固”，如果该物质为晶体，则将此转变过程称为结晶。液体金属与合金在一定条件下，转变产物是晶体。因此，我们把金属自液态经冷却转变为固态的过程，称为金属的结晶。13.3.1结晶的能量条件当固态金属的自由能低于液态金属的自由能，即体系自由能的变化ΔF＝F固-F液0时，或者说液态金属的实际结晶温度T1低于理论结晶温度T0，结晶过程才能自发地进行。13.3.2冷却曲线和过冷度各种纯金属都有一定的结晶温度，如铁为1538℃，铝为660℃．但这里指的是冷却速度非常缓慢的平衡结晶温度，称为理论结晶温度。实际上，只有将液态金属冷却到低于平衡结晶温度时，才能有效地进行结晶。图13－6纯金属的冷却曲线图13-7液态金属结晶过程示意图当液态金属过冷到实际结晶温度后，由于涨落（或称起伏），从液体中形成许多核坯，核坯尺寸极小。在浓度涨落和能量涨落的非线性相互作用下，某些核坯成为原子规则排列的晶核。随后，这些晶核不断地长大，与此同时，在液态金属的其它部位也产生新的晶核，新的晶核又不断长大。上述过程如此逐步进行，直到液态金属全部消失，结晶也就完全结束。液态金属的结晶包括形核与晶核长大两个基本环节。晶核的形成有自发和非自发两种方式。自发形核是在一定的条件下，从液态金属中直接产生、原子呈规则排列的结晶核心，它们是由那些液态金属中存在的“近程有序”原子集团形成的。非自发形核是液态金属依附在一些未熔微粒表面所形成的晶核，这些未熔微粒可能是液态金属中原来就存在的，也可能是人们特意加入的。13.3.3金属结晶的一般过程13.3.4非晶态凝固基本知识当冷却速度达到足够大时，液态金属急剧过冷到低温，液体的粘度在小温度范围内突然提高几个数量级，原子的热运动迁移不能进行，形核以及晶核的长大完全处于被压抑的状态。从而使液态金属原子的混乱无序状态被“冻结”下来，我们把这种原子无规则排列的固体状态称为非晶态。