第三章 金属的凝固1.ppt

广东石油化工学院广东石油化工学院学学 用用习习材材料料科科学学基基础础材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第3章纯金属的凝固第一节第一节 纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程第二节第二节 结晶的热力学条件结晶的热力学条件第三节第三节 形核规律形核规律第四节第四节 晶核长大规律晶核长大规律第五节第五节 结晶理论的实际应用结晶理论的实际应用材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第一节第一节 纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程1、什么是金属的结晶金属内部的质点从一种排列状态到另一种规则排列状态的转变过程叫金属的结晶金属从液态到固体晶态的转变称为一次结晶2、液态金属的结构1）、近程有序2）、结构起伏“近程有序”时而出现，时而消失的现象材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第一节第一节 纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程3、纯金属的结晶过程结晶的基本过程是形核形核与晶核长大过程晶核长大过程液体晶核晶粒、晶界液态金属结晶过程示意图晶核材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第二节第二节 结晶的热力学条件结晶的热力学条件1、结晶的过冷现象T=T0T1过冷度结晶必需在过冷条件下才能产生材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第二节第二节 结晶的热力学条件结晶的热力学条件2 2、凝固的热力学条件、凝固的热力学条件1 1、结晶的过冷现象、结晶的过冷现象凝固的热力学条件是凝固的热力学条件是固相与液相自由能差固相与液相自由能差只有只有TTTTm m时，才有时，才有 ，结晶才有驱动力结晶才有驱动力所以，结晶必须在过冷的条件下进行。所以，结晶必须在过冷的条件下进行。材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第三节第三节 形核规律形核规律1 1 形核方式形核方式均匀形核均匀形核 非均匀形核非均匀形核2 均匀形核均匀形核依靠液态金属本身在过冷条件下形成的晶核依靠液态金属本身在过冷条件下形成的晶核2.1 均匀形核的能量条件均匀形核的能量条件结构起伏结构起伏原子集团原子集团晶胚晶胚晶核晶核单位体积自由能的降低单位体积自由能的降低 （003.1.1 3.1.1 粗糙界面粗糙界面固液界面以稳定的固液界面以稳定的平面状向前生长。平面状向前生长。3.1.2 3.1.2 光滑界面光滑界面界面呈微小的台阶状生长，界面呈微小的台阶状生长，宏观上也是平面。宏观上也是平面。材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第四节第四节 长长大规律大规律3.2 3.2 在负的温度梯度下在负的温度梯度下dT/dxdT/dx00界面的散热可以从固、界面的散热可以从固、液两相散失。界面移动液两相散失。界面移动不只受固相传热速率控不只受固相传热速率控制，也受伸入液相深度制，也受伸入液相深度的控制，此时有利于树的控制，此时有利于树枝状晶体生长枝状晶体生长（柱状晶）（柱状晶）温温度度距离距离固固液液过冷度过冷度界面界面3 3 纯金属的生长形态纯金属的生长形态 材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第五节第五节 结晶理论的实际应用结晶理论的实际应用1、细化金属铸件的一些方法、细化金属铸件的一些方法1.1 1.1 提高过冷度提高过冷度T T 1.2 1.2 变质处理变质处理1.3 1.3 振动、搅拌振动、搅拌2 2、定向凝固技术、定向凝固技术3 3、单晶体的制备、单晶体的制备3.1 3.1 垂直提拉法垂直提拉法3.2 3.2 尖端形核法尖端形核法液体样晶晶体液体加热装置材材料料科科学学基基础础广东石油化工学院广东石油化工学院第五节第五节 结晶理论的实际应用结晶理论的实际应用4 4、急冷凝固技术、急冷凝固技术主要用于制取非晶态合金、微晶合金、准合金主要用于制取非晶态合金、微晶合金、准合金4.14.1、非晶合金、非晶合金凝固后保留液态金属有序结构的合金凝固后保留液态金属有序结构的合金4.24.2、微晶合金、微晶合金晶粒尺寸达到微米以下的合金晶粒尺寸达到微米以下的合金4.34.3、准晶合金、准晶合金内部质点排列介于晶体与非晶体之间的合金内部质点排列介于晶体与非晶体之间的合金