第二讲钢液结晶

1、第二讲第二讲 钢液的结晶钢液的结晶 第一节第一节 钢液结晶的基本规律钢液结晶的基本规律 第二节第二节 钢液结晶的基本条件钢液结晶的基本条件 第三节第三节 均质形核均质形核 第四节第四节 非均质形核非均质形核 第五节第五节 晶核长大晶核长大 第六节第六节 凝固理论的应用凝固理论的应用预备知识n1、晶体、晶体crystal：原子（离子、分子）在三维空间作有规：原子（离子、分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列所构成的物体。则的周期性重复排列所构成的物体。 即：远程有序即：远程有序（long-range order）。）。2、空间点阵空间点阵（Space lattice）：）： 将晶体中原子或离将

2、晶体中原子或离子抽象为纯几何点（阵点子抽象为纯几何点（阵点 lattice point），即可得到），即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列一个由无数几何点在三维空间排列成规则的阵列空空间点阵间点阵（晶格）（晶格）。3、晶胞晶胞 (Unite cells )：从晶格中确定一个最基本的几何单元从晶格中确定一个最基本的几何单元来表达其排列形式的特征，这种最基本的几何单元称为来表达其排列形式的特征，这种最基本的几何单元称为晶胞。晶胞。（代表原子排列特征的最基本几何单元代表原子排列特征的最基本几何单元）。晶体晶格晶胞4、三种典型的金属晶格、三种典型的金属晶格体心立方晶格体心立方晶格 晶格常

3、数：晶格常数：a=b=c, =900 晶胞中原子位于立方体的八个顶角和中心晶胞中原子位于立方体的八个顶角和中心 晶胞原子数：晶胞原子数：1/88+1=2 原子半径：原子半径：r= a/4 属于这种晶格的金属有属于这种晶格的金属有： -Fe,Cr,W,Mo,V,Nb 等。等。面心立方晶格面心立方晶格晶格常数晶格常数：a=b=c, =90晶胞中原子位于立方体的八个顶角和六个晶胞中原子位于立方体的八个顶角和六个面的中心面的中心晶胞原子数：晶胞原子数：1/88+1/26=4原子半径：原子半径： r = a/2属于这种晶格的金属有属于这种晶格的金属有：-Fe，Al, Cu, Ag, Au, Pb 等等2

4、密排六方晶格密排六方晶格晶格常数晶格常数：a=bc,=90,=120； a六方柱体底边长六方柱体底边长，c上下底面的距离上下底面的距离； 六方晶格晶胞中，原子位于六方柱体的十二个六方晶格晶胞中，原子位于六方柱体的十二个顶角，顶角， 上下底面中心，六方柱体中还有三个原子。上下底面中心，六方柱体中还有三个原子。 晶胞原子数晶胞原子数：1/612+1/22+3=6 原子半径：原子半径：r = a/2 属于这种晶格的金属有：属于这种晶格的金属有：Mg， Zn， Cd（镉），（镉），Be等等-Fe-Fe-Fe 固态下，一种元素的晶固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现体结构随温度发生变化的现象象

5、同素异构转变同素异构转变 纯铁的结晶过程纯铁的结晶过程5、晶胚、晶胚 根据液态金属结构模型，液态金属中有大量大小不一、近程有序排列的原子小集团，即晶胚。6、晶核、晶核 当温度高于结晶温度Tm时，它们是不稳定的，当液态金属具有一定过冷度以后，某些较大的原子集团借助结构起伏使其尺寸大于某一临界尺寸才能称为一个结晶核心，即晶核。7、玻璃、玻璃 -非晶态固体，其原子不像晶体那样在空间具有长程有序排列，而近似于液体那样具有短程有序。（1）各向同性：各向同性：玻璃的原子排列是无规则的，其原子在空间中具有统计上的均匀性。在理想状态下，均质玻璃的物理、化学性质在各方向都是相同的。 （2）无固定熔点：无固定熔点

6、：玻璃由固体转变为液体是一定温度区域（即软化温度范围）内进行的，它与结晶物质不同，没有固定的熔点。（3）介稳性：介稳性：玻璃态物质一般是由熔融体快速冷却而得到，从熔融态向玻璃态转变时，冷却过程中黏度急剧增大，质点来不及做有规则排列而形成晶体，没有释出结晶潜热，因此，玻璃态物质比结晶态物质含有较高的内能，其能量介于熔融态和结晶态之间，属于亚稳状态。从力学观点看，玻璃是一种不稳定的高能状态，比如存在低能量状态转化的趋势，即有析晶倾向，所以，玻璃是一种亚稳态固体材料。 （4）渐变性与可逆性：渐变性与可逆性：玻璃态物质从熔融态到固体状态的过程是渐变的，其物理、化学性质的变化也是连续的和渐变的。这与熔体

7、的结晶过程明显不同，结晶过程必然出现新相，在结晶温度点附近，许多性质会发生突变。而玻璃态物质从熔融状态到固体状态是在较宽温度范围内完成的，随着温度逐渐降低，玻璃熔体黏度逐渐增大，最后形成固态玻璃，但是过程中没有新相形成。相反玻璃加热变为熔体的过程也是渐变的。 8、脱玻、失透、脱玻、失透(devitrify)、晶化、晶化(devitrification) 脱玻作用是指：在加工或退火过程中，若玻璃停留在极易晶化的温度区域内的时间过长，则可能会使玻璃失去光泽并被损坏的现象。 玻璃质岩石随着地质时代的增长,特别是由于埋藏使温度、压力较高时,玻璃质将逐渐转化为结晶物质,即产生脱玻化作用。酸性玻璃脱玻后,

8、常具霏细结构,球粒结构析出高价氧化铁,使岩石呈浅红、浅黄、浅褐色等。基性玻璃脱玻后为隐晶质结构,析出高价氧化铁,加上暗色矿物次生形成的绿泥石、蛇纹石等,使岩石呈紫红、褐紫、暗绿色等 。 （印证：保护渣三层结构，渣膜）第一节 钢液结晶的基本规律1.1 金属结晶的微观现象金属结晶的微观现象n凝固凝固：物质从液态冷却转变为固态的过程。若凝固后的物质为晶体，：物质从液态冷却转变为固态的过程。若凝固后的物质为晶体，则称为则称为结晶结晶。（。（对应非晶对应非晶）n是否形成晶体，主要有液态物质的是否形成晶体，主要有液态物质的黏度黏度和和冷却速度冷却速度决定。黏度高，冷决定。黏度高，冷速大易形成非晶态。速大易

9、形成非晶态。n结晶的基本过程结晶的基本过程：形核形核长大长大 的交错重叠进行的交错重叠进行。 描述结晶进程的两个参数描述结晶进程的两个参数 形核率形核率：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用：单位时间、单位体积液体中形成的晶核数量。用N表示。表示。 长大速度长大速度：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移：晶核生长过程中，液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离。用的距离。用G表示。表示。金属由液态转变为固态的过程。凝固结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。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

10、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。平衡结晶温度或理论结晶温度金属熔点一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程；一次结晶：通常把金属从液态转变为固体晶态的过程；二次结晶：而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程。二次结晶：而把金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程。形核长大形成多晶体两个过程重叠交织Solidification is the process of transformation from a liquid phase to a

11、solid phase. The theory of solidification applies to the most widely-used groupof materials, i.e. metallic alloys.1.2 金属结晶的宏观现象金属结晶的宏观现象【冷却曲线】冷却过程中温度随时间的变化曲线。【冷却曲线】冷却过程中温度随时间的变化曲线。 测定方法：热分析测定方法：热分析纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线【金属结晶温度】开始结晶温度【金属结晶温度】开始结晶温度Tn，理论结晶温度，理论结晶温度Tm（两相平衡）（两相平衡）, 平台平台【过冷】液态材料在【过冷】液态材料在理论结晶温

12、度以下理论结晶温度以下仍保持液态的现象。仍保持液态的现象。【过冷度】【过冷度】理论结晶温度与实际结晶温度之差。理论结晶温度与实际结晶温度之差。T=Tm-Tn 【影响因素】金属纯度，冷却速度；金属越纯，过冷度越大；冷却速度愈【影响因素】金属纯度，冷却速度；金属越纯，过冷度越大；冷却速度愈快，过冷度愈大。快，过冷度愈大。结晶潜热过冷Recalescence： a temporary rise in temperature during cooling of a metal, caused by a change in crystal structure。匀晶相图n两组元在液态与固态均可彼此无限溶解

13、的合金相图，称为匀晶相图。这类相图有：Cu-Ni、Fe-Ni、Au-Ag 系。CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455L L+ 纯铜纯铜熔点熔点纯镍纯镍熔点熔点液相线液相线固相线固相线液相区液相区固相区固相区液固两相区液固两相区匀晶合金的结晶过程匀晶合金的结晶过程abcdT,CtL L L匀晶转变 L 冷却曲线CuNiNi%T,C2040608010010001100120013001400150010831455

14、L L+ 匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点，而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。典型的合金结晶过程分析cefgX1T, CtL L LL+ 冷却曲线冷却曲线 + 1234PbSnT, CL + L + L + 183ced（1 1）X X1 1合金结晶过程分析合金结晶过程分析第二节 金属结晶的基本条件n2.12.1金属结晶的热力学条件金属结晶的热力学条件为什么需要过冷？为什么需要过冷？热力学条件：自由能降低热力学条件：自由能降低nG-T曲线曲线 ： G=H-TS dG/dT=-S0, GB0是结晶的必

15、要条件（之一）；是结晶的必要条件（之一）；b . T越大越大, |GB|越大过冷度越大，越大过冷度越大， 越有利于结晶；越有利于结晶；c . GB的绝对值为凝固过程的驱动力的绝对值为凝固过程的驱动力。固固液液Tm2.2金属结晶的结构条件1）液态金属结构）液态金属结构结构：远程无序而进程有序。结构：远程无序而进程有序。特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较小、特点（与固态相比）：原子间距较大、原子配位数较小、原子排列较混乱。原子排列较混乱。实际液体结构是动态的实际液体结构是动态的2）结构起伏（相起伏）结构起伏（相起伏）：液态材料中出现的近程有序原子：液态材料中出现的近程有序原子集团的时隐

16、时现现象。是结晶的必要条件（之二）。集团的时隐时现现象。是结晶的必要条件（之二）。 晶胚：晶胚：尺寸较大、能长大为晶核尺寸较大、能长大为晶核的短程规则排列结构。的短程规则排列结构。一定温度下，最大的晶胚尺寸有一个极限值，液态金属一定温度下，最大的晶胚尺寸有一个极限值，液态金属的过冷度越大，实际可能出现的最大晶胚尺寸也越大。的过冷度越大，实际可能出现的最大晶胚尺寸也越大。第三节 均质形核 heterogeneous nucleationu 形核：母相（液相）中形成等于或大于一定临界大小的 新相晶核的过程。u形核方式：均匀形核，非均匀形核n均匀形核：在过冷的液态金属中，依靠液态金属本身的能量变化获

17、得驱动力，由晶胚直接成核的过程。n非均匀形核：在过冷液态金属中，晶胚依附在其他物质表面上成核的过程。 （凝固形核的主要方式） 若H、S随温度变化很小，令：Hl-Hs=Lf，在液相线温度Tf凝固时，G=0则：ffslTLSS代入（21），则fffTT)-(TLG （22） 式中：TfT=T称为过冷度，T为实际温度。 由式可知：结晶时系统自由能要减少，而自由能减少就是内能的减少，而内能是以潜热形式放出来； 过冷度T越大，系统内结晶潜热放出来就越容易，结晶就越快。 所以由液态转变为固态结晶的必要条件是有一定的过冷度。即实际温度低于熔点。而结晶的充分条件是液体中必须有结晶核心。3.1 晶胚形成时能量的

18、变化（1）体积自由能）体积自由能GV 降低降低（结晶驱动力，（结晶驱动力，即在A相中形成B相而引起自由能的下降） （2）表面自由能）表面自由能GF 升高升高（结晶阻力，（结晶阻力，即形成新相B产生固液交界面而引起自由能的增加）)(343BAVGGrG24rGF234)(34rGGrGBA式中： GAA相体积自由能； GBB相体积自由能； A、B两相界面能。所以：形成新相晶核总自由能变化为： （23）0)(rG08)(42rGGrBAGGGrBA22TLTfrf2当G达到最大值时的晶核大小叫临界半径r，在r= r时，求r：令得： （24） 由（2-4）式知，临结晶核半径r是与过冷度T成反比。 r

19、r：晶核长大导致系统自由能减少，新相能稳定生长；r=r：形核和晶核溶解处于平衡。 结论：在一定温度下，任何大于临界半径的晶核趋于长大，结论：在一定温度下，任何大于临界半径的晶核趋于长大， 小于临界半径晶核趋向消失。小于临界半径晶核趋向消失。 虽然rr的晶核长大能使自由能降低。但是r=r时，G为正，这说明形成临界晶核时，需要一定的能量，这个补充的能量叫形核功G。 能量起伏：系统中微小区域的能量偏离平均能量水平而高低不一的现象。（是结晶的必要条件之三）。高能原子附上低能晶胚，释放能量，提供形核功。高能原子附上低能晶胚，释放能量，提供形核功。 3.23.2形核功形核功G G-形成临界晶核时需要的能量

20、形成临界晶核时需要的能量G3.3能量涨落能量涨落-晶核形成的动力学条件晶核形成的动力学条件 能量涨落:微元体积内自由能短暂的偏离平均值。 包括两方面: (1)各个原子集团自由能大小是不相同的，有的高于平均值，有的低于平均值； (2)同一微元体内在不同时间有的高于平均值，有的低于平均值。 因此在液体中具有能量涨落的微元体，在某一瞬间，获得了足够高的能量以补偿形成临界晶核所欠缺的那部分能量，使其形成晶核。 如果没有能量涨落，原子集团就无从得到缺少的那部分能量的补充，晶核就不能形成。因此可以说能量涨落是晶核形成的动力学条件。23)2(4)()2(34*TLTGGTLTGffBAff2223316*T

21、LTGff*2rTTLff2*34*rG【形核功G有多大呢？】以（2-4）式代入（2-3）式得：以（2-2）式代入上式的得： （2-5）代入（2-5）式得： 所以，形核功G的大小是临界晶核表面能的1/3。也就是液体中原子集团能量涨落达到晶核表面能的1/3时就可以形成晶核胚胎。 因为（2-6）在（2-5）式中。除T外，其它值均为常数，故G1/(T)2。T越大，G就越小，晶核容易形成。因此可以说液体中近程原子集团是形成晶核的基础，而过冷度是形成晶核的动力。 如T0，G，形核速率I0； 如T在某一定值，则：kTEGKI*exp （27）式中：式中：E为原子通过相界面的扩散活化能；为原子通过相界面的扩

22、散活化能；k为波兹曼常数，为波兹曼常数，K为常数。为常数。 以G值代入（27）式得：kTTLTkTEhNkTIff2223316expexp 式中：N为总原子数；h为普朗克常数。在某一过冷度下形核速率突然增加。如将已知数值代入（28）式可得到：T0.2T T为有效形核温度（金属的凝固点）。这已为许多金属的试验测定所证实。表21表示某些金属均质形核的过冷度数据。（28）表21 纯液体金属结晶过冷度金属金属熔点熔点Tf（K）过冷度过冷度T（）T/TfSn50571030208Pb6067800133Al93171300110Ce180329501

23、61N3.4 r*有多大呢？由表2-1可知：过冷度T=0.150.20Tf 在这种过冷度下，在这种过冷度下，r*有多大呢？有多大呢？ 如纯铁：Lf=275J/g， =204erg/2， Tf=1535， T=295 代入（2-4）式： 得r*=610-6。 此时核心有200300个原子。 但是实验室对钢液结晶过冷度的实际测定，T仅有几度到150，说明在实际生产中形核不需要那样大的过冷度。TLTfrf2第四节 非均质形核 均质形核需要有0.2Tf的过冷度。但钢凝固是液相的形核比均质形核所要求的过冷度要小得多，只要有几度到20的过冷度就可形核。

24、这是因为存在于液相中的悬浮质点（如Al2O3）和 表面不光滑的模壁，均可作为核心的“依托”而发展为晶核。因而降低了形核功，相同的形核速率，需要的过冷度也就小了。n根据经典的形核理论, 假定非均质形核的晶核在夹杂物颗粒表面形成一个球冠。 如图所示, SLLWSW 此时有 3 种界面能出现, LS(液-固)； LC (液-夹)； SC (固-夹)。 当达到平衡的时候, 具有以下关系式 :lscslscos 式中： 为界面张力；为润湿角，表示晶体在夹杂物表面的润温倾向。（29）lc)cos1 (22r)coscos32(3133r)cos1 (222rrh222coscos3234GGlc晶核与夹杂

25、物接触面积： 球缺体积： 球缺表面积： 形成晶核时系统自由能变化： (210)分析与结论na) =0时，时，Gk非非0，杂质本身即为晶核；，杂质本身即为晶核；nb) 1800时时, Gk非非Gk, 杂质促进形核；杂质促进形核；nc)=180时，时，Gk非非Gk， 杂质不起作用。杂质不起作用。n结论：非均质形核的有效性决定于润湿角。非均质形核的有效性决定于润湿角。 越小，形核功就越小。越小，形核功就越小。提示：在生产条件下，主要是非均质形核非均质形核“依托”模壁表面活性质点难熔质点n活性质点：如金属氧化物（Al2O3）晶格结构与金属结构相近似，之间界面张力小；n难熔质点：结构虽与金属晶体结构相差

26、较远，但其表面存在大量细微凹坑和裂纹，其中尚有未熔化金属。第五节 晶核长大晶体生长能量消耗晶体生长能量消耗原子的扩散原子的扩散晶体缺陷晶体缺陷原子的粘附原子的粘附结晶潜热导出结晶潜热导出 5.1晶核长大的能量消耗晶核长大的能量消耗1原子的扩散：原子的扩散：对合金来说，晶体生长时在固液交界面发生了溶质再分配，在晶体表面形成溶质富集层，液体的运动和溶质扩散，促使溶质离开界面迁移到液体中去。消耗于驱动溶质传递的过冷度：TD=Tf-TL(Ci)式中：Tf为液相线温度；TL(Ci)为溶质浓度Ci的液体温度。2晶体缺陷：晶体缺陷：由于晶体的非平衡生长，常含有微小的缺陷。有缺陷的晶体比平衡凝固的晶体要求有较

27、高的自由能，这样消耗于产生非平衡凝固晶体的过冷度：TE=TL(Ci)-TE(Ci)式中：TE(Ci)为与界面液体浓度Ci相平衡的温度。3原子的粘附：原子的粘附：晶体生长时液体中的原子堆积成平面集团，粘附于交界面而逐渐长大。消耗于这个过程的过冷度： TK=TE(Ci)-Ti 式中：Ti为交界面温度。4结晶潜热导出：结晶潜热导出：晶体生长时要放出结晶潜热，就必须有一定的过冷度以提供热量消失的动力。TH=Ti-T式中：T为液体中的实际温度。 所以晶体生长要消耗上述四个方面的能量，它是依靠液体中的过冷度来实现的。 所以液体过冷度 T可表示为： T=TD+TE+TK+TH 这四个量控制了晶体的生长。然而

28、对于不同的金属来说，它们所起的作用是不相同的： （1）对纯金属凝固主要是TH控制； （2）对钢中夹杂物的析出主要是由TD控制； （3）对钢的凝固是由TD、TH控制。 钢水浇到钢锭模内，模壁提供了较大的过冷度而形成晶核，而晶核长大也要过冷度提供驱动力。5.2晶体长大的条件晶体长大：液体中原子迁移到晶体表面，即液-固界面向液中推移的过程。平衡状态：(dN/dT)M=(dN/dT)FTi动态过冷动态过冷：晶核长大所需的界面过冷度。（远小于形：晶核长大所需的界面过冷度。（远小于形核所需过冷度）核所需过冷度）晶核长大条件晶核长大条件：动态过冷、合适的晶核表面微观结构。：动态过冷、合适的晶核表面微观结构。

29、5.3液-固界面的微观结构 稳定长大过程，界面能量始终保持最低。稳定长大过程，界面能量始终保持最低。两种能量低的界面结构：两种能量低的界面结构：光滑界面，粗糙界面。光滑界面，粗糙界面。（1 1）光滑界面）光滑界面：液：液- -固界面固界面上的原子上的原子排列较规则排列较规则，界面，界面处两相截然分开。处两相截然分开。微观上微观上界界面光滑，面光滑，宏观上宏观上有若干小平有若干小平面。面。（2 2）粗糙界面）粗糙界面：液：液- -固界面固界面上的上的原子排列较混乱原子排列较混乱，原子，原子分布高低不平整，在几个原分布高低不平整，在几个原子厚度的界面上，液、固两子厚度的界面上，液、固两相原子各占位

30、置的一半。相原子各占位置的一半。宏宏观上观上界面平直。界面平直。 晶核长大是液-固界面两侧原子迁移的过程。界面的微观结构必然影响晶核的长大方式。液-固界面按微观结构可分为两种，即光滑界面和粗糙界面。 【光滑界面】光滑界面】是指在界面处固液两相是截然分开的。固相表面为基本完整的原子密排面，所以从微观来看界面是光滑的。但从宏观上看，它往往是由若干曲折的小平面组成，是不平整的，因此光滑界面又称小平面界面。 【粗糙界面】粗糙界面】是指在微观上高低不平，存在厚度为几个原子间距的过渡层的液-固界面。这种界面在微观上是粗糙的。由于界面很薄，所以从宏观上看界面反而是平整光滑的，这种界面又称为非小平面界面。 常

31、见金属的液-固界面为粗糙界面，一些非金属、亚金属、金属间化合物的液-固界面多为光滑界面。 晶核长大也需要过冷度。长大所需的界面过冷度称为动态过冷度，具有光滑表面的物质，其动态过冷度约为12。具有粗糙界面的物质，其动态过冷度仅为0.010.05。这说明不同类型的界面，其长大机制不同。 具有粗糙界面的物质的长大机制具有粗糙界面的物质的长大机制：具有粗糙界面的物质，界面上有一半的结晶位置空着，液相中的原子可直接迁移到这些位置使晶体整个界面沿法线方向向液相中长大。这种长大方式叫垂直长大。垂直长大时生长速度很快。5.4 长大机制具有光滑界面的物质的长大机制具有光滑界面的物质的长大机制 A.光滑界面结构，

32、依靠小台阶接纳液态原子。 B.界面上反复形成二维晶核的机制：这种方式，每增加一下原子层都需形成一个二维晶核，然后侧向铺展至整个表面。形成二维晶核需要形核功，这种机制下晶体长大速率很慢。这种理论的实验根据还不多。 C.依靠晶体缺陷长大：液体中的原子不断添加到晶体缺陷的台阶上使晶体长大。如可沿螺型位错的露头形成的台阶不断添加原子，没有能量障碍。但由于界面上提供的可添加原子的位置有限，在这种机制下，晶体生长速率也很小。 5.5 晶体长大形态n长大形态：长大过程中液-固界面的形态。n两种：平面状长大，树枝状长大n取决于：液-固界面结构的类型，界面前沿液相中温度分布。正温度梯度：液相中，距液-固界面越远

33、，温度越高。负温度梯度：液相中，距液-固界面越远，温度越低。固固液液 将纯锡熔化，注入模中，缓慢冷却，液体过冷（线将纯锡熔化，注入模中，缓慢冷却，液体过冷（线1），），由模壁形核，向液体中成长，释放潜热，界面温度升高，由模壁形核，向液体中成长，释放潜热，界面温度升高，前沿液体中成现负温度梯度。前沿液体中成现负温度梯度。 平面状长大形态平面状长大形态 液液-固界面始终保持固界面始终保持平直的表面平直的表面向液相中长大，长大中向液相中长大，长大中的晶体也一直保持规则的形态。条件：的晶体也一直保持规则的形态。条件：正温度梯度正温度梯度，粗糙粗糙界面界面结构的晶体为主。结构的晶体为主。树枝状长大形态液

34、树枝状长大形态液-固界面不断分支发展固界面不断分支发展条件：负温度梯度条件：负温度梯度 特点：有特点：有方向性，方向性，取决于晶体结构。取决于晶体结构。枝臂间距枝臂间距：邻近的两根二次轴中心线之间的距离。：邻近的两根二次轴中心线之间的距离。冷却速度大，枝臂间距小，强度、塑性好。冷却速度大，枝臂间距小，强度、塑性好。第六节 凝固理论的应用n6.1铸态晶粒的控制晶粒度：用于表示晶粒大小的一个概念。用晶粒的晶粒度：用于表示晶粒大小的一个概念。用晶粒的平均面积平均面积或或平均直径平均直径表示。表示。钢的标准晶粒度：分为钢的标准晶粒度：分为8级。一级最粗，八级最细。级。一级最粗，八级最细。晶粒度(晶粒数/mm2)b (N/mm2)s (N/mm2)()6.32374635.3512747044.819429410847.5表表 纯铁的晶粒度与力学性能的关系纯铁的晶粒度与力学性能的关系晶粒大小对性能的影响：晶粒越细，强度、硬度塑性、韧晶粒大小对性能的影响：晶粒越细，强度、硬度塑性、韧性越高。性越高。晶粒