文档介绍：纯金属结晶
第一页，本课件共有37页
一、结晶的概念
1、近程有序（不稳定、随机、瞬变）
和远程有序。
2、结晶定义
1）从状态看：
指金属自液态向固态过渡时晶体形成的过程，称为 “一次结晶”。
纯金属结晶
第一页，本课件共有37页
一、结晶的概念
1、近程有序（不稳定、随机、瞬变）
和远程有序。
2、结晶定义
1）从状态看：
指金属自液态向固态过渡时晶体形成的过程，称为 “一次结晶”。
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2）从金属学观点：
结晶则是指物质的原子从近程有序结构向远程有序结构过度的过程。
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二、结晶的条件
1、必要条件：过冷
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定义：金属的实际结晶温度（T1）低于理论结晶温度(T0)的现象。
即在T0以下金属仍处于液态。
作用：
过冷 → 自由能下降（ΔG ↓） → 产生驱动力。
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T1 T0 T（℃）
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2、充分条件：
过冷度ΔT = T0 – T1
一般为10℃-30℃；
冷却速度愈大、过冷度愈大。
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三、结晶的过程
形核;
长大。
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1、形核
1）定义
液体中最初形成分的一些作为结晶中心的稳定的微小晶体（晶核）的过程。
第九页，本课件共有37页
2）形核的方式
（1）自发形核
从过冷液体中直接产生晶核，
但需要很大的过冷度。
Fe 需要ΔT = 295℃；
Ni 需要ΔT = 319℃。
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（2）非自发形核
依附于杂质微粒的表面或容器壁表面产生的核；
过冷度小10 ~ 30℃；
为主导形核方式。
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2、晶粒长大
1) 以枝晶状长大；
2）有选择性：散热条件好的方向利于长大。
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结晶前沿
锑锭树枝状晶
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四、晶粒大小的控制
1、对金属性能的影响
在一般情况下，晶粒愈细小，则金属的强度、塑性和韧性愈好。
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晶粒大小对纯铁的机械性能的影响
晶粒直径
（mm）
强度σb
（MPa）
伸长率δ
（%）
165
180
210
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2、晶粒大小的控制
1）决定晶粒度的因素
形核率（N）：单位时间单位体积内形成晶核的数目。
长大速度（G）：晶核在单位时间内生长的长度。
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N/G↑ → 晶粒愈细小
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2）控制晶粒度的方法
（1）增加过冷度
冷却速度↑→ΔT↑→ N/G↑ → 晶粒愈细小。
降低铸造温度；
用金属型铸造代替砂型。
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当冷却速度 > 102~4℃/s → 微晶合金、纳晶合金。
微晶合金的特点：
① 具有高强度、高硬度、良好的韧性；
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② 较高的耐磨性、耐蚀性及抗氧化、抗辐射性、稳定性好等优良性能。
③ 还具有良好的物理性能：高电阻率，较高的超导，高的矫顽力。
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当冷却速度 > 106~8℃/s →
非晶态材料。
非晶态合金的特点：
① 很高的强度、硬度、刚度；
② 具有良好的韧性和塑性；
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③ 无晶体缺陷，因此具有很高的耐蚀性，及高电阻率，高导磁率，低磁损和低声波衰率。
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（2）变质处理
是指在液态金属结晶前，加入一些细小高溶点的物质，促使非自发形核的方法。
易实现、效果明显、最常用。
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钢中加入Ti、V、Al；
铸铁中加入Si、Ca；
铝中加入Ti、锆。
（3）振动，搅拌方法：
破碎作用 → 提高形核率。
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五、铸锭的结构
1-极细等轴晶层；2-柱状晶层；3-粗等轴晶区
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1、表层的细晶粒层
ΔT极大，形核率大，晶粒细小；
性能好，但极薄；
无实用价值。
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2）柱状晶层
ΔT减小，使 N < G，且散热具有明显的方向性；
只有与壁垂直的晶核优先长大成整齐、粗大的柱状晶。
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特点：
① 组织致密；