第3章纯金属与合金的结晶

1、第第3 3章章 纯金属与合金的结晶纯金属与合金的结晶3.1 3.1 纯金属的结晶纯金属的结晶3.2 3.2 合金的结晶合金的结晶3.1 3.1 纯金属的结晶纯金属的结晶3.1.13.1.1纯金属的冷却曲线及过冷度纯金属的冷却曲线及过冷度金属的结晶过程可以通过热分析法进行研究。即将纯金属加热金属的结晶过程可以通过热分析法进行研究。即将纯金属加热熔化成液体，然后缓慢地冷却下来，在冷却过程中，每隔一熔化成液体，然后缓慢地冷却下来，在冷却过程中，每隔一定的时间测量一次温度，记录下它的温度随时间变化情况，定的时间测量一次温度，记录下它的温度随时间变化情况，描绘在温度描绘在温度时间坐标图上，便获得纯金属的

2、冷却曲线，如时间坐标图上，便获得纯金属的冷却曲线，如图图3131所示。所示。 下一页返回图图31 31 纯金属的冷却曲线纯金属的冷却曲线 返回每隔一段时间每隔一段时间测量一次温度测量一次温度固体固体液体液体3.1 3.1 纯金属的结晶纯金属的结晶由冷却曲线可知，金属液体随着冷却时间的延长，其的热量不由冷却曲线可知，金属液体随着冷却时间的延长，其的热量不断向外散失，温度不断下降。当冷却到断向外散失，温度不断下降。当冷却到a a点时，液体金属开始点时，液体金属开始结晶。由于结晶过程中释放出来的结晶潜热补偿了散失在空结晶。由于结晶过程中释放出来的结晶潜热补偿了散失在空气中的热量，故结晶时温度并不随时

3、间的延长而下降，直到气中的热量，故结晶时温度并不随时间的延长而下降，直到b b点结晶终了时才继续下降。点结晶终了时才继续下降。a ab b两点之间的水平线为结晶阶两点之间的水平线为结晶阶段，它所对应的温度就是纯金属的结晶温度。理论上金属冷段，它所对应的温度就是纯金属的结晶温度。理论上金属冷却时的结晶温度与加热时的熔化温度是同一温度，即金属的却时的结晶温度与加热时的熔化温度是同一温度，即金属的理论结晶温度理论结晶温度(To)(To)。实际上液态金属总是冷却到理论结晶温。实际上液态金属总是冷却到理论结晶温度度(To)(To)以下才开始结晶，如以下才开始结晶，如图图3232所示。所示。上一页下一页返

4、回图图3-2 3-2 纯金属结晶时的冷却曲线纯金属结晶时的冷却曲线a)理论结晶温度理论结晶温度 b)实际结晶温度实际结晶温度返回过冷现象过冷现象结晶温度结晶温度=熔化温度熔化温度冷却速度越快，冷却速度越快，过冷度越大过冷度越大T=T0-T13.1 3.1 纯金属的结晶纯金属的结晶实际晶温度实际晶温度( )( )低于理论结晶温度低于理论结晶温度( )( )这一现象称为这一现象称为“过冷现过冷现象象”。理论结晶温度和实际结晶温度之差称为过冷度。理论结晶温度和实际结晶温度之差称为过冷度( )( )。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。金属结晶时过冷度的大小与冷却速度有关。冷却速度越快，金属的实际结

5、晶温度越低，过冷度也就越大。冷却速度越快，金属的实际结晶温度越低，过冷度也就越大。 10TTT1T0T上一页下一页返回3.1 3.1 纯金属的结晶纯金属的结晶3.1.23.1.2纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程纯金属的结晶过程是晶核形成和长大的过程。液态金属的结晶纯金属的结晶过程是晶核形成和长大的过程。液态金属的结晶是在一定过冷度的条件下，从液体中首先形成一些微小而稳是在一定过冷度的条件下，从液体中首先形成一些微小而稳定的小晶体，称为晶核。随着温度下降，晶核逐渐长大。在定的小晶体，称为晶核。随着温度下降，晶核逐渐长大。在晶核长大的同时，液体中又不断产生新的晶核并不断长大，晶核长大的同时，液体中

6、又不断产生新的晶核并不断长大，直到它们互相接触，液体完全消失为止，直到它们互相接触，液体完全消失为止，图图3333是金属的结是金属的结晶过程示意图。晶过程示意图。上一页下一页返回图图33 33 纯金属结晶过程示意图纯金属结晶过程示意图 返回晶核晶核晶界晶界晶粒晶粒3.1 3.1 纯金属的结晶纯金属的结晶 3.1.3 3.1.3 晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒大小对金属力学性能的影响晶粒越细，金属的强度和韧性越高晶粒越细，金属的强度和韧性越高形核率形核率，长大速度，长大速度，则晶粒越小，则晶粒越小1 1增加过冷度增加过冷度2 2变质处理变质处理 3 3振动处理振动处理上一页返回T增加使得N增加

7、浇筑前向金属中加入变质剂施加机械振动、超声波震动等N比v增长更快适用于中小铸件3.2 3.2 合金的结晶合金的结晶 合金的结晶过程及所得的组织比纯金属复杂得多。同一个合金合金的结晶过程及所得的组织比纯金属复杂得多。同一个合金系，因成分的变化，其组织也不同；另一方面，同一成分的系，因成分的变化，其组织也不同；另一方面，同一成分的合金的组织随温度的不同而变化。因此，为了掌握合金的成合金的组织随温度的不同而变化。因此，为了掌握合金的成分、组织与性能之间的关系，必须了解合金的结晶过程，了分、组织与性能之间的关系，必须了解合金的结晶过程，了解合金中各组织的形成及变化的规律。相图就是研究这些问解合金中各组织的形成及变化的规律。相图就是研究这些问题的一种工具，它表示合金系在平衡条件下，在不同温度成题的一种工具，它表示合金系在平衡条件下，在不同温度成分下各相关系的图解。分下各相关系的图解。1 1 二元合金相图的建立二元合金相图的建立2 2 铅锑二元合金相图分析铅锑二元合金相图分析返回液相线液相线固相线固相线L镍铜合金有较好的室温力学性能镍铜合金有较好的室温力学性能和高温强度，耐蚀性高耐磨性好，和高温强度，耐蚀性高耐磨性好，容易加工，无磁性，是制造行波容易加工，无磁性，是制造行波管和其他电子管较好的结构材料。管和其他电子管较好的结构材料。还可