天津市中德职业技术学院：《工程材料 Engineering Materials》第二章 金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶

2金属材料组织和性能的控制 单元51 第二章金属材料组织和性能的控制 2.1纯金属的结晶 凝固:液态L→固态SS可以是非晶体 结晶:一种原子排列状态过渡为另一种原子 规则排列状态(晶态)的转变过程。 次结晶:L→s晶态次结晶:S→S晶态 纯金属结晶的条件 1纯金属冷却曲线 液态金属在结晶时的温度时间曲线

2.金属材料组织和性能的控制 单元5 1 第二章 金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 凝固：液态L→固态S S可以是非晶体。 结晶：一种原子排列状态过渡为另一种原子 规则排列状态（晶态）的转变过程。 一次结晶：L→S晶态 二次结晶：S→S晶态 一、纯金属结晶的条件 1 纯金属冷却曲线 液态金属在结晶时的温度——时间曲线

2金属材料组织和性能的控制2.1纯金属的结晶 单元52 过冷一指液态金属实际 U1< a<U3 冷却到结晶温度 以下而暂不结晶 的现象。 温 盈12 度 △T U 过冷度—理论结晶温度 U 和实际结晶温 度之差。 时间→ AT E To-Tn 液态金属不同冷却速度时的冷却曲线 冷速越快,过冷度越大

过冷度——理论结晶温度 和实际结晶温 度之差。 2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 2 ΔT = T0－Tn 冷速越快，过冷度越大 过冷—指液态金属实际 冷却到结晶温度 以下而暂不结晶 的现象

2金属材料组织和性能的控制21纯金属的结晶 单元53 2纯金属结晶的条件自由能F AF 结晶驱动力 △F=F固一F液≤0 自然界的自发过程进行的 F固 △T 热力学条件都是AF≤0 F液 温度T 只有当液体的过冷度达到一定的大小,使结晶的动力AF大于 建立界面所需要的表面能时,结晶过程才能开始进行

2 纯金属结晶的条件 ΔF ΔT T F F固 F液 ΔF= F固－F液≤0 结晶驱动力 自然界的自发过程进行的 热力学条件都是ΔF≤0 只有当液体的过冷度达到一定的大小，使结晶的动力ΔF大于 建立界面所需要的表面能时，结晶过程才能开始进行。 自由能 温度 2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 3

2金属材料组织和性能的控制21纯金属的结晶 单元54 3、纯金属的结晶过程 品资 口a Ca) c6) Cc) e (a) 结晶过程示意图

3、纯金属的结晶过程 2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 4

2金属材料组织和性能的控制21纯金属的结晶 单元55 结晶过程 ①形核——自发形核 非自发形核 ②长大—平面长大 树枝状长大 密集面 非密集面 树枝晶示意图

①.形核——自发形核 非自发形核 ②.长大——平面长大 树枝状长大 结晶过程—— 2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 5

2金属材料组织和性能的控制21纯金属的结晶 单元56 二、同素异构转变 以纯铁为例 1394C 912°c o-Fe(bcc) Y-Fe(fcc)+ a-Fe(bcc) 1538℃ Y-Fe(fcc)- a-Fe(bcc) 1394C8-Fe 铁的体积会膨胀1% Y-Fe(fcc) 912°c a-Fe 770°c 居里点 时间

2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 6 二、同素异构转变 δ-Fe(bcc) γ-Fe(fcc) a-Fe(bcc) 1394℃ 912℃ 1394℃ 1538℃ 912℃ δ-Fe γ-Fe(fcc） a-Fe T 时间 770℃ 居里点 以纯铁为例 γ-Fe(fcc) a-Fe(bcc) 铁的体积会膨胀1％

2金属材料组织和性能的控制21纯金属的结晶 单元57 纯铁同素异构转变

2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 7 纯铁同素异构转变

2金属材料组织和性能的控制21纯金属的结晶 单元58 晶粒尺寸的控制 (1)晶粒度 单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度(或直径)表示 (2)过冷度对形核一长大的影响 n & G 过冷度ΔT提高,N提高、G提高 过冷ΔT太高,N降低、G降低 (3)控制晶粒度的因素 ①提高过冷度 ②变质处理 AT 在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非 自发晶核的核心,以细化晶粒和改善组织。形核率、长大率与过冷度的关系 ③振动,搅拌等

2.金属材料组织和性能的控制 2.1 纯金属的结晶 单元5 8 三、晶粒尺寸的控制 （1）晶粒度 单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示 （2）过冷度对形核一长大的影响 过冷度ΔT提高，N提高、G提高 过冷ΔT太高，N降低、G降低 （3）控制晶粒度的因素 ①提高过冷度 ②变质处理 在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非 自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。 ③振动，搅拌等