第三章金属及合金的结晶课件.ppt

金属的结晶 金属的结晶 金属的结晶 物质从液态到固态的转变过程。若凝固后的物质为晶体，则称之为结晶。金属及其合金都是晶体，所以它们的凝固过程就是结晶。 凝固过程影响后续工艺性能、使用性能和寿命。 凝固是相变过程，可为其它相变的研究提供基础。 金属冶炼、铸造、焊接工艺过程就是结晶过程。 第一节 结晶的基本规律 第一节 结晶的基本规律 第一节 结晶的基本规律 第二节 结晶的基本条件 第二节 结晶的基本条件 第二节 结晶的基本条件 第三节 晶核的形成 第三节 晶核的形成 第三节 晶核的形成 第三节 晶核的形成 第三节 晶核的形成 第三节 晶核的形成 第三节 晶核的形成 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 (1)平面长大 当冷却速度较慢时，金属晶体以其表面向前平行推移的方式长大。晶体长大时，不同晶面的垂直方向上的长大速度不同。沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢，而非密排面的垂直方向上的长大速度较快。平面长大的结果，晶体获得表面为密排面的规则形状。 第四节 晶核的长大 第四节 晶核的长大 (2)树枝状长大 当冷却速度较快时，晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而长大较快，成为伸入到液体中的晶枝。优先形成的晶枝称一次晶轴，在一次晶轴增长和变粗的同时，在其侧面生出新的晶枝，即二次晶轴。其后又生成三次晶轴、四次晶轴。结晶后得到具有树枝状的晶体。 实际金属结晶时，晶体多以树枝状长大方式长大。 第四节 晶核的长大 第五节 凝固理论的应用 一、细化铸态金属晶粒 ???金属结晶后，获得由大量晶粒组成的多晶体。一个晶粒是由一个晶核长成的晶体，实际金属的晶粒在显微镜下呈颗粒状。 ????在一般情况下, 晶粒越小, 则金属的强度, 塑性和韧性越好。工程上使晶粒细化, 是提高金属机械性能的重要途径之一。这种方法称为细晶强化。 细化铸态金属晶粒有以下措施。? 第五节 凝固理论的应用 随着过冷度的增加, 形核速率和长大速度均会增大。但前者的增大更快，因而比值N/G也增大, 结果使晶粒细化。 第五节 凝固理论的应用 增大过冷度的主要办法是提高液态金属的冷却速度，采用冷却能力较强的模子。例如采用金属型铸模，比采用砂型铸模获得的铸件晶粒要细小。 第五节 凝固理论的应用 2. 变质处理 变质处理就是在液体金属中加入孕育剂或变质剂，以增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大，以细化晶粒和改善组织。 例如，在铝合金液体中加入钛、锆；钢水中加入钛、钒、铝等。 ??? 第五节 凝固理论的应用 3. 振动? ????在金属结晶的过程中采用机械振动、超声波振动等方法，可以破碎正在生长中的树枝状晶体，形成更多的结晶核心，获得细小的晶粒。 ?4. 电磁搅拌 将正在结晶的金属置于一个交变电磁场中，由于电磁感应现象，液态金属会翻滚起来，冲断正在结晶的树枝状晶体的晶枝，增加结晶核心，从而可细化晶粒。 第五节 凝固理论的应用 第五节 凝固理论的应用 第五节 凝固理论的应用 ? 二元合金状态图 一、相图的意义及相关概念 二、二元合金状态图的建立 三、平衡相组成的分析 四、二元状态图的基本类型分析 一、相图的意义及相关概念 相图的意义 相关概念 组元 合金系 相图 二、二元合金状态图的建立 目前，合金状态图主要是通过实验测定的，且测定合金状态图的方法很多，但应用最多的是热分析法。 以Cu—Ni合金相图测定为例，说明热分析法的应用及步骤： （1）配制不同成分的合金试样，如Ⅰ纯铜；Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni；合金Ⅳ　25%Cu+75%Ni；Ⅴ：纯Ni。 （2）测定各组试样合金的冷却曲线并确定其相变临界点； （3）将各临界点绘在温度—合金成分坐标图上； （4）将图中具有相同含义的临界点连接起来，即得到Cu、Ni合金相图。