晶核长大金属学热处理.pptx

2.5晶核的长大晶体长大条件--------充分条件液相中原子不断向晶体扩散提供原子（即有足够高的温度进行扩散）；2.晶体表面能不断而牢固地接纳原子（固液界面结构、温度分布、散热方向等）。晶体长大条件--------必要条件液相必须过冷。（临界过冷度比形核时小得多。）

液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是光滑平整的。通常为密排晶面.又称为小平面界面.

液固界面的微观结构光滑界面粗糙界面从原子尺度观察，这种界面是粗糙的，又称为非小平面界面.

X为液固界面上的原子位置被固相原子占据的比率

结论：（杰克逊因子）金属多数为粗糙界面有机和无机化合物多数为光滑界面半导体材料多为混合型界面结构

晶体长大机制光滑界面（1）二维晶核长大机制液相中的大于临界形核半径的一些晶胚局部同时产生晶核形成具有一个原子厚度的且有一定宽度的平面原子集团（二维晶核）形成台阶后迁移的液态原子一个个填充到台阶处，直到铺满一层，又成为光滑界面。

晶体长大机制光滑界面（2）螺型位错长大机制台阶螺型位错在晶体表面露头液态原子一个个地堆砌到这些台阶处，每铺一排原子，台阶就向前移动一个原子间距，台阶各处会以相同的线速度向前移动，同时由于台阶的起点不动，台阶各处的角速度不同，离起点越近角速度越大，形成以起点为中心的回转螺钉状晶体

P56，图2-21螺旋长大的SiC晶体，光学显微镜照片这种生长方式在非金属和化合物晶体中比较常见，在金属晶体中比较少见。有的书上给出了银的生长卷线光学显微镜照片。但是，按照这种机理计算的长大速度远小于实际金属的长大速度。表明，金属晶体还可能以其他机理而长大。

晶体长大机制粗糙界面液相原子连续、垂直地向界面添加，使界面迅速向液相推移。原子排列面有许多空位垂直长大机制

晶体长大机制光滑界面粗糙界面二维晶核长大机制螺型位错长大机制台阶垂直长大机制

固液界面前沿液相中温度梯度正温度梯度液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状况。

液固界面前沿液相中温度梯度负温度梯度液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状况。

正温度梯度下生长的界面形态光滑界面以密排面为外表面的有规则几何外形晶体粗糙界面平面长大方式

负温度梯度下生长的界面形态光滑界面规则几何外形晶体或者树枝状粗糙界面树枝状

长大方式---枝晶长大晶核长大初期外形比较规则，但随着晶核的长大，晶体形成棱角。由于棱角处散热速度快，因而优先长大，如树枝一样先形成枝干（称一次晶轴），然后再形成分枝（称为二次晶轴），依此类推。晶核的这种成长方式称为树枝状长大。

长大速度过冷度先快后慢长大机制台阶长大慢垂直长大快长大速率:是指单位时间内晶核生长的线长度。用G表示。

晶粒大小的控制晶粒度：晶粒的大小。通常用晶粒的平均面积或平均直径来表示。

钢中晶粒度标准级别图（P184）

晶粒尺寸与金属强度

晶粒尺寸与金属强度金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性越好。这种现象称为细晶强化，又称晶界强化。

决定晶粒度的因素形核率N：单位时间内在单位体积中形成的晶核数目。长大速率G:是指单位时间内晶核生长的线长度。晶粒的大小取决于形核率和长大速率的相对大小，即N/G比值越大，晶粒越细小。形核率越大，单位体积中形成的晶核数目越多，每个晶核的长大余地越小，因而长成的晶粒越细小。同时，长大速度越小，则在长大过程中将会形成越多的晶核，因而长成的晶粒越细小。

单位体积的晶粒数目：单位面积的晶粒数目：晶粒的大小取决于N/G。N/G比值越大，晶粒越细小。凡是促进形核、抑制长大的因素，都能细化晶粒。

晶粒大小的控制方法（1）控制过冷度过冷度越大，则N/G比值越大，因而晶粒越细小。增加过冷度的方法是：（1）降低浇铸温度；（2）提高液态金属的冷却速度。加速液相冷速的方法：1）选用吸热和导热性较强的铸型材料（用金属型代替砂型）；2）降低铸型温度，局部加冷铁；3）采用水冷铸型。但这些措施只对小型或薄壁的铸件有效。对体积很大时，心部和表面的晶粒不均匀，且冷速慢。

晶粒大小的控制方法（2）变质处理变质处理又称孕育处理。是在浇注前往液态金属中加入某些难熔的固态粉末（变质剂），促进非均匀形核（抑制长大）来细化晶粒。由于这些变质剂均匀分布在液态金属各处，所以，在铸件的整个体积内部都能得到均匀细化的组织。

变质处理用于细化晶粒的变质剂有以下几种：（1）在浇铸时往金属液流中加入同类金属的细粒，在液相中直接起到外来晶核的作用。如：灰口铸铁----石墨粉；高锰钢---锰铁粉（2）在液态金属中加入少量某种元素，形成结构适合的稳定化合物作为质点，促进非自发形核。如：铝和铝合金以及钢中----钛、锆---TiAl3、ZrAl3；