第三章金属的结晶.ppt

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1、第三章 金属的结晶学习要求1.了解金属结晶的基本规律和控制铸态组织的工艺方法；2.理解结晶、过冷度、晶核、均质形核、非均质形核、形核率、长大速率、晶粒度、变质处理等基本概念。3.1 纯金属的结晶结晶金属凝固过程称为结晶。本质：液相固相转变（液固相变)3.1.1结晶的概念及条件结晶的条件：自然界的一切自发转变过程，总是从一种较高能量状态趋向于能量较低的状态，而能量最低的状态是最稳定的状态。理论结晶温度：Tm实际结晶温度：Tn结晶的必要而且充分的条件是必须具有一定的过冷度。过冷度：T=TmTn过冷度的大小主要与冷却速度有关，冷却速度越快，过冷度越大。用结晶潜热解释纯金属凝固过程曲线上的结晶平台。3

2、.1.2 结晶过程：金属的结晶是通过形核与长大两个交错重叠的过程进行的。液态金属中存在短程有序的原子小集团。晶核晶核形成方式：1）均匀形核在液体内部自发形成的晶核；2）非均匀形核依附外来杂质非自发形成的晶核。晶核的长大方式：（树枝晶、枝晶）视频3.1.3 结晶晶粒大小及控制：（细晶强化）晶粒的大小称为晶粒度，通常用晶粒的平均直径表示。基本概念：晶粒大小与晶粒度(N)：m1mm2表面中的晶粒个数；N晶粒度等级。14级是粗晶粒；58级是细晶粒；8级以上称为超细晶粒。81064216050403020100.4晶粒平均直径mm伸长率，%抗拉强度，MPa屈服强度，MPa晶粒大小对纯铁力学性能的影响*晶

3、粒度取决于形核率N和长大速度G的相对大小！（1）控制过冷度 形核率和过冷度一般都随过冷度的增大而增大。增大过冷度的措施：1）提高铸件的冷却速度；2）降低浇注温度、慢浇注；冷速大于107/s，可使某些金属凝固时得到非晶态材料。（2）变质处理（变质剂、孕育剂）变质处理就是在浇注前向液态金属中加入某种称为变质剂的元素或化合物，以细化晶粒和改善组织。例：1）铝合金液体中加入钛、锆；2）钢水中加入钛、钒、铝等；3）铁水中加入硅铁、硅钙合金等；作用：形成非均匀形核的核心；附着在晶体的结晶前沿，强烈阻碍晶粒长大。（3）振动处理 对结晶过程的液态金属输入一定频率的振动波，形成的对流会使成长中的树枝晶臂折断，增

4、大了晶核的数目，从而显著提高形核率，细化晶粒。常用的振动方法：1）机械振动；2）超声波振动；3）电磁搅拌。3.1.4晶体的同素异构（固态相变）某些金属在不同温度和压力下呈不同类型的晶体结构的现象成为同素异构转变。铁、钛、锰、锡、碳等都具有同素异构转变。时间温度15381394-Fe-Fe-Fe912纯铁的同素异构转变*具有同素异构转变的金属可以通过固态相变细化晶粒！3.2 金属铸锭的组织特点：3.2.1金属铸锭的组织示意图3.2.2 金属铸锭中的缺陷思考题：1.铸造生产中常采用哪些措施控制晶粒大小?基本原理是什么?试举例说明.2.过冷度与冷却速度有何关系?它对金属的结晶过程和晶粒大小有什么影响?（1）疏松：组织不致密。原因：钢液以树枝状结晶，低熔点钢液凝固时产生的收缩而造成的缺陷；（2）缩孔残余：切除冒口后，钢锭内还有缩孔。