纯金属结晶过程

2）、 过冷现象
金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T0的现 象，称为过冷。
过冷度ΔT= T0－Tn，过冷是结晶的必要条件。 同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，
金属的实际结晶温度越低。
3、纯金属的结晶过程
液态金属的结晶是由晶核的形成和晶核的长大两 个过程来实现的。结晶时，首先在液体中形成一 些极微小的晶体(称为晶核)，然后再以它们为核 心不断长大。在这些晶体长大的同时，又出现新 的晶核并逐渐长大，直至液态金属全部消失。
机会就越多，越不利于裂纹的传播和发展，彼此就越
紧固，强度和韧性就越好 。
1
强度和晶粒尺寸的关系Hall-Petch公式 0.2 0 kd 2
纯铁的晶粒度与力学性能的关系
晶粒度 (晶粒数/mm2)
6.3 51 194
b (N/mm2)
237 274 294
s (N/mm2)
46 70 108
金属的结晶过程
（1） 形核
当液体金属冷到实际结晶温度后，液体中存在着 许多类似于晶体的小集团，这些小集团中的一部 分就成为稳定的结晶核心，称为晶核。
形核有自发形核和非自发形核两种方式。
自发形核是在一定条件下，从液态金属中直接产 生，原子呈规则排列的结晶核心；
非自发形核是液态金属依附在一些未溶颗粒表面 所形成的晶核，非自发形核所需能量较少，它比 自发形核容易得多。
任务二： 纯金属的结晶过程
知识目标： （1）掌握结晶的概念及过程 （2）掌握晶粒大小对性能的影响 （3）理解金属的同素异构转变 技能目标：
掌握细化晶粒的方法
1、通过热分析法测定冷却曲线
将纯金属加热熔化成液体，然后使其缓慢冷却， 在冷却过程中，每隔一段时间测量液体的温度， 可得到纯金属的温度—时间曲线(又称冷却曲线)，
3）振动或搅拌——机械振动、超声振动，或电磁 搅拌等。振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数增 加，晶粒细化。
4、晶粒大小对金属力学性能的影响
在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、 塑性和韧性。
这是因为：
晶粒越细，塑性变形越可分散在更多的晶粒内进行， 使塑性变形越均匀，内应力集中越小；
晶粒越细，晶界就越曲折，晶粒与晶粒间犬牙交错的
(％)
35.3 44.8 47.5
二、金属铸锭的组织特点
1-表面细晶区；2-柱状晶区；3-中心等轴晶区
金属的结晶过程 及纯铝铸锭组织观察
1
、
饱
第 三 阶 段 ： 在 溶 滴 中 心 部 分
第 二 阶 段 ： 在 此 基 础 上 向 里
第 一 阶 段 ： 在 溶 滴 外 层 形 成
和 的 氯 化 铵 水 溶 液 结 晶 过 程
500℃铁模700 ℃浇注
室温铁模800 ℃浇注（加Ti）
三、金属的同素异构转变
2、通过热分析法测定冷却曲线
过冷度
T
ΔT= T0-Tn
T0
} 理论结晶温度 ΔT
Tn
开始结晶温度
t 纯金属冷却曲线
1）、 冷却曲线分析
纯金属结晶时，在冷却曲线上出现水平台阶的原 因，是由于金属在结晶过程中，释放的结晶潜热 补偿了向外界散失的热量，使温度并不随冷却时 间的增加而下降，直到金属结晶终了后，已没有 结晶潜热补偿散失的热量，故温度又重新下降。
形形一
成成圈
不较细
同粗小
位大等
向的轴
的柱晶
枝状。
晶晶
。。
2、硝酸银水溶液+铜丝置换反应结晶过程
2AgNO3+Cu=2Ag↓（枝晶）+Cu(NO3)2
Ag
Cu
3、不同浇注条件对纯铝铸锭结晶过程及组织影响
不同浇注条件下纯铝铸锭的宏观组织特征
试样 编号
1
铸型 材料
砂模
铸型温 浇注温度 度(℃) (℃)
500
700
组织形貌特征 多边形的粗大等轴晶
2 砂模 室温 700 粗大柱状晶，中心处有等轴晶
3 铁模 室温 700
较粗大柱状晶
4 铁模 500
700 较粗大柱状晶，中心00（加Ti
变质）
细小等轴晶
1
2
3
500℃砂模700 ℃浇注 4
室温砂模700 ℃浇注 5
室温铁模700 ℃浇注
（2） 晶核长大
（3）影响晶核形成和长大的因素
1）过冷度：从金属的结晶过程可知，一定体积的液态 金属中，形成的晶核数目越多，则结晶后的晶粒越多， 晶粒就越细小。随着过冷度的增大，晶核的数目增加， 因此提高过冷度可以增加单位体积内晶粒的数目，使晶 粒细化。
（但过冷度过大或温度过低时，原子的扩散能力降 低，形核的速率反而减少。）
实际生产中，增大过冷度的主要办法是提高液体金 属的冷却速度以增加形核数目。如在铸造生产中，金属 型比砂型有更大的冷却速度，可以获得更细的晶粒。
2）变质处理：金属结晶时，向液体金属中加入微 量某种难熔杂质，以求细化金属晶粒的工艺方法。 变质处理使结晶时的晶核数目大大增加，从而提 高了形核率，细化晶粒的处理方法。