第二章-纯金属的结晶ppt课件.pptx
《第二章-纯金属的结晶ppt课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第二章-纯金属的结晶ppt课件.pptx(75页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统第二章第二章 纯纯金属的金属的结结晶晶1金属材料及热处理篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属结晶的现象2.2 金属结晶的热力学条件2.3 金属结晶的结构条件2.4 晶核的形成2.5 晶核长大2.6 金属铸锭的宏观组织与缺陷2.7 本章小结2内容目内容目录录篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象结晶(c
2、rystallization)物质由液态转变为固态的过程称为凝凝固固 (Solidification)。物质由液态转变为晶态的过程称为结结晶晶 (Crystallization)。物质由一个相转变为另一个相的过程称为相相变变。因而结晶 过程是相变过程。32.1 金属金属结结晶的晶的现现象象结晶(crystallization)凝固凝固结结晶晶液体液体水水结结晶晶=相相变变冰冰非晶体晶体42.1 金属金属结结晶的晶的现现象象金属是如何结晶的?有什么现象?5篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象
3、象结结晶晶过过程程的的宏宏观观现现象象结晶是一个复杂的过程,金属不透明,结晶过程不能直接观察。先研究其宏观表象,再揭示其微观机理。6篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象热分析法热热分析分析装置示意装置示意图图1电源 2热电偶 3坩埚 4金属5冰水(0)6恒温器 7电炉7篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象冷却曲线(cooling curve)金属结晶时温度与时间的关系曲线称冷却曲冷
4、却曲线线。曲线上水平阶段所对应的温度称实际结晶温度。温度时间Tm Tn8理论结晶温度实际结晶温度篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象A.过冷现象(undercooling)金属的实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度(T)。T=Tm TnTm:理论结晶温度Tn:实际结晶温度纯金属结晶时的冷却曲线示意图9篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象10A.过冷现象(undercooling
5、)过冷度随金属的种类、纯度以及结晶时的冷却速度有关。纯度越高,过冷度越大;其它条件相同时,冷却速度越快,过冷度也越大。当冷却 速度达到106/s以上时,液态金属来不及结晶就固化下 来,这样形成的固体称为金属玻璃,是一种非晶态材料。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象为何金属向外散热,温度却不降低,甚至反而升高?11篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象B.结晶潜热/相变潜热(late
6、nt heat)结晶潜热 环境散热冷却平台平台延续的过程就是结晶所需 的时间。结晶潜热环境散热温度上升局部区域出现重熔现象。因此结晶潜热的释放和重熔,是影响结晶的重要因素。12篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象金属结晶的微观过程无论金属还是非金属,在结晶时都遵循相同的规律,即结晶 过程是形核和形核和长长大的大的过过程程。结晶时首先在液体中形成具有某一临界尺寸的晶晶核核,然后这 些晶核再不断凝聚液体中的原子继续长大。形核过程与长大 过程既紧密联系又相互区别。13篮球比赛是根据运动队在规定
7、的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.1 金属金属结结晶的晶的现现象象14金属结晶的微观过程熔体过冷 形核 晶核长大 未转变液体部分形核 晶核长大 相邻晶体互相接触 液体全部转变。每个成长的晶体就是一个晶粒,它们的接触分界面就形成晶界。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2 金属金属结结晶的晶的热热力学条件力学条件为什么金属不能在理论结晶温 度结晶,而需要过冷?15篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
8、2.2 金属金属结结晶的晶的热热力学条件力学条件热力学第二定律:在等温等压条件下,物质系统总是自发地 从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。结晶能否发生?固相的自由能液相的自由能16篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.2 金属金属结结晶的晶的热热力学条件力学条件金属的Gibbs自由能与温度的关系:dGdG/d/dT T =-S S熵S表征系统中原子排列混乱程度的参量,S 恒大于零。固相原子排列有序;因此:Ss SL(dG/dT)s(dG/dT)L液固两相G-T曲线斜率不同,液相下降更快。两者交点Tm处,GL=Gs,
9、表示两相可以同时共存,处于热力学平衡状 态,这一温度Tm就是金属的理论结晶温度。只有 T rk:晶胚长大时吉布斯自由能下降,晶胚可以发育为 晶核。r rk:晶胚长大时吉布斯自由能将上升,因此它将自发减小到消失。GvH f T2Tm得:r 2dr令 dG 0G r Gv 4r k3432312.4 晶核的形成晶核的形成晶核的临界大小H f T2Tm 2Gvrkrk过冷度T过冷度Trc、rmaxrkrmaxTk32篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 晶核的形成晶核的形成33晶核的临界大小 临界晶核尺寸 rk 随过冷度增
10、大而减小。最大相起伏尺寸 rmax 随过冷度增大而增大。T Tk时,晶胚半径超过了晶核临界尺寸,此时液态金属的结晶容 易进行。过冷度越大,超过临界晶核的晶胚数量越多,结晶越易进行。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 晶核的形成晶核的形成形核功(Nucleation work)当rkr r0时,r,G,但 G。说明体系自由能仍大 于零,即晶核表面能大于体积自 由能,形核阻力大于驱动力。在这个半径范围内,晶核形成的表面能不能完全由体积自由 能的下降来补偿,不足的部分,需要另外供给,即需要对形 核作功,故称不足部分为形核
11、功形核功。34篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 晶核的形成晶核的形成35形核功从何而来?液态金属中不仅存在结构起伏,而且存在能量起伏,也即 液态金属不同区域内的自由能也并不相同,因此形核功可 通过体系的能量起伏来提供。当体系中某一区域的高能原 子附着在临界晶核上,将释放一部分能量,一个稳定的晶 核即可形成。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 晶核的形成晶核的形成形核率(Nucleation rate)单位时间在单位体积液体内形成晶核的
12、数目称为形核率形核率。=N1、N2分别为受形核功和原子扩散能力影响的形核率因子。形核率形核率取决于取决于两两因素因素母液的过冷度。过冷度增大,形核功减小,N1提高。原子活动或迁移能力。温度升高,原子活动能力强,N2提高,形核率高。N2形核 率Tm温度N136篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 晶核的形成晶核的形成金属通过均匀形核往往需要很大的 过冷度,如纯铁的过冷度达295,然而,实际并不需要如此,为何?37篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统
13、2.4 晶核的形成晶核的形成非均匀形核(Heterogeneous Nucleation)依附在某些已有的固体上形核称之为非自发形核。当晶核依附于液态金属中存在的固相质点的表面上形核时,可使表面能降低,从而使形核在较小的过冷度下进行。382.4 晶核的形成晶核的形成非均匀形核(Heterogeneous Nucleation)392.4 晶核的形成晶核的形成非均匀形核(Heterogeneous Nucleation)40篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.4 晶核的形成晶核的形成41非均匀形核(Heterogeneo
14、us Nucleation)固态质点与晶核的表面能越小,对形核的催化效应越明显。两 个相互接触的晶面结构越近似越有利于促进形核。如铸造过程 中,浇铸前往往加入形核剂,增加形核率,以达到细化晶粒的 作用。固相杂质形貌不同,形核率也不同,凹面有利于形核,形核效能最高。过热度增大,将改变固相杂质的表面状态,降低形核率。振动等物理因素也有利于促进形核。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.5 晶核的晶核的长长大大42晶核晶核长长大大的的条件条件a.液相不断向晶体扩散供应原子,也即要求液相有足够高的温度,以使液态金属原子具有足够的
15、扩散能力。b.要求晶体表面能够不断而牢靠的接纳这些原子,晶体表 面上任意地点接纳原子的位置多少与晶体的表面结构有 关,并应符合结晶过程的热力学条件。决定晶体长大方式和长大速度的主要因素是晶核的晶核的界面界面结结 构构、界面界面前沿的温度梯前沿的温度梯度度。篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.5 晶核的晶核的长长大大43界面界面结结构构a a.光滑界光滑界面面 (Smooth interface):原子尺度下,界面为平整 的原子表面。一般为密排晶面。界面两侧固液原子截然 分开,没有过渡层。光学显微镜下,光滑界面由了若 干
16、曲折的小平面构成,所以又称小平面界面。b.b.粗糙界粗糙界面面 (Rough interface):原子尺度下,界面两侧有几 个原子层厚度的过渡层,固液原子犬牙交错排列。光学 显微镜下,这类界面是平直的,所以又称非小平面界面。2.5 晶核的晶核的长长大大界面界面结结构构光滑界面44微观结构宏观 结构粗糙界面篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.5 晶核的晶核的长长大大晶体晶体长长大大机机制制界面的微观结构不同,其接纳液相中迁移过来的原子的能力 也不同,因此晶体长大时将有不同机制。a.二维晶核长大机制(光滑界面、长大速度慢
17、)b.螺型位错长大机制(光滑界面,长大速度较快)c.连续或垂直长大机制(粗糙界面,长大速度快,大部分金属晶体以此方式长大。)45篮球比赛是根据运动队在规定的比赛时间里得分多少来决定胜负的,因此,篮球比赛的计时计分系统是一种得分类型的系统2.5 晶核的晶核的长长大大二二维维晶核晶核长长大大机制机制 (T(Tw wo o-d di im me en ns sionalional n nuclucleaeatiotion)n)光滑界面每向液相中长大一层 都是由一个二维晶核(一个原 子厚度的晶体小片)先在界面 上形成,接着这个二维晶核侧 向生长,如此反复进行,直至 结晶完成。由于形成二维晶核 需要形核
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第二 金属 结晶 ppt 课件
限制150内