金属结晶过程
金属结晶过程
金属结晶过程
金属结晶过程是一种金属物质的晶化程序，是让物质转变成晶体结构的
过程，也叫熔融凝固。
这是金属液体受到冷却或压力而变为晶体的过程。
这
是一个重要的工业生产过程，用于制造汽车零件、飞机零件、家具、陶瓷用
品等金属制品。
它也在天然形成过程中起着关键作用。
金属结晶有三个步骤：加热、熔融和冷却。
加热步骤需要加热金属到足
以融化的温度；熔融步骤需要保持金属液体在一定温度；冷却步骤则是从液
态到固态过渡，让金属形成晶体结构。
除了加热、熔融和冷却外，金属结晶
还可以用改变熔点的压力或其他方法来完成。
金属的晶体结构可以由金属原子的排列组成，于是每种金属有其自己的
晶体形状，可以这样来分类：普通直接晶系、四棱柱晶系、六角柱晶系和八
面体晶系。
金属结晶只是金属物质的凝固状态，但在许多情况下，为了提高金属物
质的力学强度和硬度，金属的冷却过程需要加快，或者金属的晶体结构需要
特别处理，以增强金属的结构。
这就是所谓的金属变形和金属热处理，他们
是金属工程的重要组成部分。
以上就是金属结晶过程的大致介绍，它为制造金属制品提供了基本工艺，也为天然晶体的形成提供了理论基础。
金属材料第三章结晶
第三章金属的结晶金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体，故又把凝固称为结晶。
§3.1 结晶的过程和条件一、液态金属的结构特点金属键：导电性，正电阻温度系数近程有序：近程规则排列的原子集团结构起伏：近程规则排列的原子集团是不稳定的，处于时聚时散，时起时伏，此起彼伏，不断变化和运动之中，称为结构起伏。
结晶的结构条件：当近程规则排列的原子集团达到一定的尺寸时，可能成为结晶核心称为晶核, 即由液态金属的结构起伏提供了结晶核心。
结构起伏是金属结晶的结构条件。
二、结晶过程形核：液相中出现结晶核心即晶核；晶核长大：晶核形成后不断长大，同时新晶核不断形成并长大；不断形核、不断长大；晶体形成：各晶核相互碰撞，形成取向各异、大小不等的等轴晶粒组成的多晶体形核与长大是晶体形成的一般规律。
单晶体与多晶体三、结晶的过冷现象用热分析法获得液态金属在缓慢冷却时温度随时间的变化关系，即冷却曲线。
由冷却曲线可知，结晶时有过冷现象：实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象称为过冷。
液态金属过冷是结晶的必要条件。
过冷度：△T=Tm-Tn, 其大小除与金属的性质和纯度有关外，主要决定于冷却速度，一般冷却速度愈大，实际结晶温度愈低，过冷度愈大。
四、结晶的热力学条件热力学：研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科，主要研究平衡状态的物理、化学过程。
热力学第二定律：在等温等压下，自发过程自动进行的方向是体系自由焓降低的方向，这个过程一直进行到自由焓具有最低值为止，称为最小自由焓原理。
利用最小自由焓原理分析结晶过程。
两相自由焓差是相变的驱动力。
金属结晶的热力学条件：固相自由焓必须低于液相自由焓。
热力学条件与过冷条件的一致性。
§3.2 形核的规律形核方式：均匀形核（自发形核）与非均匀形核（非自发形核）。
一、均匀形核均匀形核：当液态金属很纯净时，在相当大的过冷度下，固态晶核依靠液相内部的结构起伏直接从液相中自发形成。
简述金属的结晶过程
简述金属的结晶过程金属的结晶是指金属从液态到固态的过程，也是金属形成晶体的过程。
金属的结晶过程是一个复杂而精细的物理过程，涉及到许多因素，如温度、压力、合金成分等。
本文将从金属的熔化、凝固和晶体生长三个方面，简述金属的结晶过程。
一、金属的熔化金属的结晶过程首先是金属的熔化过程。
当金属受到加热时，金属内部的原子开始变得活跃起来，原子之间的距离逐渐增大，金属内部的结构逐渐变得无序。
当温度升高到金属的熔点时，金属开始从固态转变为液态。
在液态状态下，金属原子之间的结构无序，原子之间可以自由移动。
金属的熔化过程是金属结晶的第一步。
二、金属的凝固当金属从液态冷却到一定温度时，金属开始凝固。
凝固是指金属从液态到固态的过程。
在凝固过程中，金属原子重新排列，逐渐形成有序的晶体结构。
凝固的过程中，金属原子逐渐聚集在一起，形成晶体的晶粒。
晶粒是金属结晶的基本单位，每个晶粒内部的结构有序而紧密，不同晶粒之间的结构则不同。
晶粒的大小和形状取决于凝固过程中的温度变化、冷却速率和合金成分等因素。
三、晶体的生长金属的凝固过程会伴随着晶体的生长。
晶体的生长是指晶粒在凝固过程中逐渐增大和扩展的过程。
在凝固过程中，金属原子会不断地从熔融的金属中扩散到已经凝固的晶粒中，使晶粒逐渐增大。
晶体的生长速率取决于金属的冷却速率和金属原子的扩散速率。
如果冷却速率较快，金属原子的扩散速率较慢，晶体的生长速率就会减慢，晶粒就会变小。
反之，如果冷却速率较慢，金属原子的扩散速率较快，晶体的生长速率就会加快，晶粒就会变大。
晶体的生长过程中，晶粒之间会出现界面，界面上的结构也会随着晶体的生长而改变。
金属的结晶是一个复杂而精细的过程，涉及到金属的熔化、凝固和晶体生长三个方面。
金属的结晶过程是金属从液态到固态的过程，也是金属形成晶体的过程。
金属的结晶过程受到多种因素的影响，如温度、压力、合金成分等。
理解金属的结晶过程有助于我们深入了解金属的性质和应用，并为金属材料的制备和加工提供理论基础。
金属的结晶过程介绍
金属的结晶过程介绍
1 结晶：金属从液体转变成晶体状态的过程。
晶核形成：自发晶核，液体金属中一些原子自发聚集，规则排列。
外来晶核：液态金属中一些外来高熔点固态微质点。
晶核长大：已晶核为中心,按一定几何形状不断排列。
晶粒大小控制：晶核数目:，多—细(晶核长得慢也细)。
冷却速度：快—细(因冷却速度受限,故多加外来质点)。
晶粒粗细对机械性能有很大影响,若晶粒需细化,则从上述两方
面入手。
结晶过程用冷却曲线描述。
2 冷却曲线
温度随时间变化的曲线—热分析法得到
二金属的同素异购转变(二次结晶\重结晶)
同素异构性—一种金属能以几种晶格类型存在的性质。
同素异购转变—金属在固体时改变其晶格类型的过程。
如:铁、锡、锰、钛、钴。
以铁为例:
δ-Fe(1394℃)γ-Fe(912℃)α-Fe
体面心体心
因为铁能同素异构转变,才有对钢铁的各种热处理，(晶格转变时,体积会变化,以原子排列不同)。
简述纯金属结晶过程的结晶过程及形核
简述纯金属结晶过程的结晶过程及形核
纯金属的结晶过程：
1.熔融：首先，将金属材料以高温进行熔融，使它变成一种流体状态，以便更
好地发挥凝固时形成结晶体的能力。
2.凝固：凝固过程是将高温熔融液金属冷却而形成晶体的过程。
当熔融液不断
冷却时，它会变得更加粘稠，这样分子之间的相互作用才会明显增强，从而使它们朝向结晶的方向发展。
3.形核：经过凝固过程后，原子之间的作用形成结晶的起始点，即所谓的形核。
最初的形核通常很小，晶体以它为中心，不断得到更多的金属原子，最终在将结晶物构建完成后，结晶体宣告形成。
4.排列：当金属原子结晶后，它们会按照一定的规律排列。
当结晶受到冷却作
用后，原子按照固定的结构进行排列，可以形成完美的三维晶体。
5.结晶体：结晶体形成时，会形成均匀的金属晶体，经不断凝固，结晶体会提
高它的稳定性，使晶体拥有良好的力学性能。
以上就是纯金属结晶过程及其形核的详细描述，因为结晶过程是金属成型的必经步骤，所以对金属成型性能有着至关重要的影响。
只有掌握正确的结晶过程和形核，才能让金属材料达到最佳的性能。
纯金属的结晶
冶
结晶：金属从液态转变为固态（晶态）的过程 一次结晶：液态→固体晶态 二次结晶（重结晶）：固体晶态→另一种固体晶态
1
纯金属的结晶
结晶： 液体 → 晶体 凝固： 液体 → 固体（晶体 或 非晶体）
液体
晶体
短程有序
长程有序
2
纯金属结晶的条件
1）热力学条件（必须过冷）
T
理论结晶温 度 开始结晶温度
G G
G G
液、固态金属的自由能-温度曲线
过冷度ΔT 越大，结晶的驱动力也越大。
7
问题：
固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？
不一定出现过热。 熔化时，液相若与汽相接触，当有 少量液体金属在固相表面形成时， 就会很快复盖在整个表面(液体金 属总是润湿同一种固体金属)， 表面张力平衡： 实验指出 熔化时表面能之间的关系 说明在熔化时，自由能的变化Δγ (表面)<0，即不存 在表面能障碍，也就不必过热。实际金属多属于这种情 况。 如果固体金属熔化时液相不与汽相接触，则有可能使固 体金属过热，然而，这在实际上是难以做到的。
8
2）结构条件（结构起伏）
在液态金属中的微小范围内，存在着紧密接触规则排列的 原子集团，称为近程有序。但在大范围内原子是无序分布 的。 液态金属结构的特点是，“远程无序，近程有序”。 在晶体中大范围内的原子却是有序排列的，称为远程有序。 不断变化着的近程有序原子集团称为结构起伏，或称为相 起伏，这是金属结晶重要的结构条件。
结构起伏的尺寸大小与温度有关，温度越低，结构起伏的 尺寸愈大。凝固时的晶核就是在结构起伏的基础上形成， 故又将其称为“晶胚”。在液体中的晶胚为形核准备了结 构上的条件。
金属结晶的过程
金属结晶的过程金属结晶的过程是指金属从液态转变为固态的过程，主要包括以下几个步骤：1. 熔化：金属首先被加热至其熔点以上，从固态转变为液态状态。
在液态状态下，金属的原子或离子不再排列成有序的晶格结构，而是以无序的方式移动和分布。
2. 过冷：在液态金属中，存在着过冷现象，即金属在熔点以下的温度仍保持液态状态。
这是由于金属液体的结构稳定性较高，需要在一定的条件下才能转变为固态。
3. 成核：一旦金属液体过冷，其中的一些原子或离子会以有序的方式开始重新排列，并在液体中形成微小的固体核，这个过程被称为成核。
成核通常发生在液体中的一些不均匀区域或者在液体表面。
4. 长大：成核后的微小固体核会通过原子或离子的迁移和积聚来继续生长，形成更大的晶粒。
这个过程被称为晶粒长大。
晶粒的生长速度与温度、压力和扩散速率等因素相关。
5. 完全凝固：当晶粒不断长大并且互相连接时，整个金属体开始逐渐凝固并过渡为固态金属。
在凝固完成后，金属的晶格结构变得有序，并且晶粒相互连续形成一个连续的金属晶体结构。
需要注意的是，金属结晶的过程受到多种因素的影响，包括温度、压力、成核的条件和速率、扩散速率等。
不同的金属在结晶过程中可能会呈现出不同的特征和晶粒形状。
当金属进入液态状态后，其原子会具有较高的热能，能够自由移动，而且相互之间的相互作用较弱。
在这种状态下，金属的原子会以随机的方式排列和移动。
随着金属液体的过冷，即温度低于其熔点时，会发生成核现象。
成核是指在固态金属中形成起始晶核的过程。
成核可以通过两种方式发生：1. 自发成核：在金属液体中存在一些局部的原子或离子团聚形成团簇，这些团簇会进一步成长并形成微小的晶核。
自发成核的速率在一定温度下是稳定的，与金属的化学性质和温度有关。
2. 异质成核：当金属液体接触到具有相同或相似晶格结构的固体表面时，固体表面可以作为异相核心，促使金属液体中的原子团聚并形成晶核。
异质成核可以显著增加金属结晶的速率。
液态金属结晶的基本过程
液态金属结晶的基本过程一、引言液态金属结晶是指金属从液态向固态的转变过程，是金属材料加工和制备中不可或缺的一环。
液态金属结晶过程的研究对于提高金属材料的性能和开发新型金属材料具有重要意义。
本文将介绍液态金属结晶的基本过程及其影响因素。
二、液态金属结晶的基本过程液态金属结晶的基本过程主要包括原子的聚集、晶核形成、晶体生长和晶体定向四个阶段。
1. 原子的聚集当金属材料从高温液态逐渐冷却时，金属原子会逐渐聚集在一起形成团簇。
这是由于原子间的相互吸引力使得原子倾向于相互靠近。
2. 晶核形成当原子聚集到一定程度时，会形成稳定的晶核。
晶核是结晶过程的起点，它是金属原子有序排列的种子。
晶核的形成需要克服金属表面张力和团簇之间的相互作用力。
3. 晶体生长在晶核形成后，金属原子会从液相逐渐沉积到晶核上，使得晶核逐渐增大并且形成晶体。
晶体生长是指晶核周围的原子不断加入到晶体内部，使晶体逐渐扩大。
4. 晶体定向在晶体生长的过程中，金属原子会以一定的方式排列，形成特定的晶体定向。
晶体定向决定了晶体的晶格结构和材料的性能。
三、影响液态金属结晶的因素液态金属结晶过程受到多种因素的影响，下面将介绍几个重要的因素。
1. 温度温度是影响液态金属结晶的关键因素之一。
较高的温度有利于金属原子的扩散和晶体生长，但温度过高也会导致晶体的不稳定性。
2. 冷却速率金属材料的冷却速率也会影响晶体的形成。
较快的冷却速率可以促使晶核的形成并限制晶体生长，从而产生细小的晶粒。
3. 杂质杂质对液态金属结晶有显著的影响。
杂质可以作为晶核形成的基础，也可以改变晶体生长的速率和方向，从而影响晶体的形貌和性能。
4. 外界应力外界应力是指在结晶过程中施加在金属材料上的力。
外界应力可以改变晶体生长的速率和方向，从而影响晶体的形状和性能。
四、结论液态金属结晶是金属从液态向固态转变的重要过程。
它包括原子的聚集、晶核形成、晶体生长和晶体定向四个阶段。
液态金属结晶的过程受到温度、冷却速率、杂质和外界应力等因素的影响。
简述金属结晶的一般过程
简述金属结晶的一般过程金属结晶是指金属在固态下，由于温度或其他因素的影响，原子或离子在空间中有序排列形成晶体的过程。
金属结晶是金属材料制备过程中的重要环节，也是金属材料性能的重要决定因素之一。
金属结晶的一般过程可以分为三个阶段：核化、晶体生长和晶体长大。
核化是指在金属中形成晶核的过程。
在金属中，原子或离子之间存在着相互作用力，当金属处于过饱和状态时，这些原子或离子会聚集在一起，形成一个小的晶体核。
晶体核的形成需要一定的能量，这个能量称为核化能。
核化能的大小与金属的过饱和度、温度、压力等因素有关。
晶体生长是指晶体核周围的原子或离子逐渐加入到晶体核中，使晶体逐渐增大的过程。
晶体生长需要一定的能量，这个能量称为生长能。
生长能的大小与金属的过饱和度、温度、压力等因素有关。
晶体生长的速度取决于晶体核的大小、形状、方向等因素。
晶体长大是指晶体在生长过程中逐渐增大，直到达到一定的尺寸的过程。
晶体长大的速度取决于晶体生长的速度和晶体的形状、方向等因素。
晶体长大的过程中，晶体内部的原子或离子会重新排列，形成更加有序的结构。
金属结晶的过程中，晶体的形状、大小、方向等因素对金属材料的性能有着重要的影响。
晶体的形状和大小决定了金属材料的力学性能、热学性能、电学性能等方面的特性。
晶体的方向决定了金属材料的各向异性特性。
在金属结晶的过程中，还存在着一些问题，如晶粒长大不均匀、晶界的存在等。
晶粒长大不均匀会导致金属材料的力学性能、热学性能、电学性能等方面的不均匀性。
晶界的存在会影响金属材料的力学性能、热学性能、电学性能等方面的特性。
为了解决这些问题，人们发展了一些金属结晶的控制方法，如晶粒细化、晶界工程等。
晶粒细化是指通过控制金属结晶的过程，使晶粒尺寸变小，从而提高金属材料的力学性能、热学性能、电学性能等方面的特性。
晶界工程是指通过控制金属结晶的过程，使晶界的数量、形状、分布等因素得到控制，从而提高金属材料的力学性能、热学性能、电学性能等方面的特性。
简述金属的结晶过程
简述金属的结晶过程
金属的结晶过程是指金属从液态到固态时，其原子经历的有序排列过程。
结晶是金属固态化学成分的排列和有序化过程，并且伴随着晶体的生长。
金属的结晶过程可以分为三个阶段：核心形成、晶体生长和晶体重塑。
1. 核心形成阶段：在金属液体中，当温度逐渐降低时，金属离子和自由电子开始逐渐放慢运动。
在某个温度点以下，金属离子和自由电子的活动受到阻碍，形成小团的结晶核心。
2. 晶体生长阶段：在核心形成后，结晶核心会吸附金属离子和自由电子，形成金属晶体。
结晶核心表面的金属离子和自由电子会与周围的金属离子和自由电子进行相互吸引和结合，从而逐渐扩大晶体的尺寸。
晶体生长过程中，金属原子按照一定的规则排列，形成晶胞结构。
3. 晶体重塑阶段：在晶体生长过程中，晶体的形态和尺寸会受到外界条件（如温度、压力等）的影响。
当温度和压力变化时，晶体会发生重塑现象，即晶体重新排列形态，形成新的晶体。
这是因为金属原子在固态下具有一定的流动性。
总的来说，金属的结晶过程是一个通过有序排列金属原子的过程，通过核心形成、晶体生长和晶体重塑三个阶段，使金属从液态转变为固态。
金属的结晶过程对金属材料的晶体形态和性能有很大影响。
第二章 纯金属的结晶
界面-密排面
小平面界面
2） 粗糙界面：
以原子尺寸观察时，固相界 面上的原子高低不平，犬牙 交错分布。 微观上：平整
第二章
纯金属的结晶
第一节 金属的结晶现象
1、概念：
由液态转变为固态的过程，称凝固。如果转变成的固态是 晶体，这个过程就是结晶。
特点：(2个) 1）存在过冷现象和过冷度： 过冷现象：由热分析法测得纯金属的冷却曲线
看出：金属结晶前，温度连续下降，冷却到理论结晶温度 Tm（熔点）时，并未结晶，需继续冷却到Tm之下某一温度 Tn（实际结晶温度）时，才开始结晶，此过程称过冷现象。
N2：受原子扩散能力影响的形核率因子。温度越 高，原子的扩散能力越大，则N2越大。
N、N1、N2与温度关系的示意图如下：
由图ａ：△Ｔ↗→Ｔ↘→Ｎ１↗，△Ｔ↘→Ｔ↗→Ｎ2↗， 即结晶刚开始，Ｎ随△Ｔ的增大而增大；超过极大值时，Ｎ 又随△Ｔ的增大而减小 大多数金属的形核率总是随过冷度的增大而增大，如图ｂ。 在开始一段过冷度范围内，几乎不产生晶核；当降低到某一 温度，形核率急剧增加，对应温度称有效成核温度。
过冷度：金属的实际结晶温度Tn与理论结晶温度Tm之差，
称过冷度，以△T表示。△T=Tm－Tn；
结晶的必要条件：有一定过冷度
影响过冷度的因素：
金属的本性：金属不同，过冷度不同；
金属的纯度：纯度越高，过冷度越大； 冷却速度：冷却速度越大，过冷度越大， 实际结晶温度越低；
纯金属结晶过程的结晶过程及形核
纯金属结晶过程的结晶过程及形核
金属结晶是一种自发过程，它可以把熔融金属形成秩序的结构，把熔融体中颗粒大小差别
比较大的熔融体聚集成为整体，使熔体有序排列起来。
金属结晶过程主要包括固体析出、蒸发行为、晶体生长等过程。
其中固体析出是最重要的
结晶过程，它是基础结晶的核心过程，也是最先发生的结晶过程。
固体析出的物质从熔体
中以析出小晶体的形式持续析出，形成小晶体的过程叫做结晶中心生成，也可称之为形核。
结晶中心是由于结晶过程的自发性现象，在无秩序的溶液中自发形成秩序的小晶体，这是
金属结晶必不可少的过程，也是金属结晶效率非常重要的考虑因素。
蒸发是一种由熔体释放一定分子数量的过程，即物质以气体状态持续释放，晶体在液体表
面形成垂直析出，它们持续以晶体状态存在。
晶体生长过程发生在薄液体表面，是指晶粒
自包围、排列表面液体膜，在靠近膜的晶粒上发生新的晶粒形成，从而形成一个无定形的
晶体。
金属结晶是一个复杂的过程，其中形核是其重要的组成部分，是对物质性质有影响的重要
因素。
形核也是形成金属结晶结构必须的，因此研究形核成分和形核的生成过程为金属结
晶服务，也是一个重要的研究方向。
钛金属真空结晶工艺流程
钛金属真空结晶工艺流程
1. 原材料制备
使用四氯化钛 (TiCl4) 和镁 (Mg) 作为原材料。
2. 化学反应
在反应釜中将 TiCl4 和 Mg 反应，生成氯化镁 (MgCl2) 和海绵状钛 (Ti)。
控制反应温度和压力以优化反应产率。
3. 真空分离
将反应产物转移到真空蒸馏塔。
在高真空条件下，加热蒸馏塔，将 Ti 挥发出来。
4. 真空冷凝
钛蒸气冷凝在冷却器壁上，形成钛结晶。
5. 真空精炼
对钛结晶进行真空精炼，进一步去除杂质。
控制精炼温度和时间以提高钛的纯度。
6. 真空熔铸
将精炼过的钛结晶熔化并铸造成锭。
在高真空环境下进行熔铸以防止污染。
7. 锻造和轧制
将钛锭锻造和轧制成所需的形状和尺寸。
控制锻造和轧制参数以优化钛的机械性能。
8. 热处理
对钛进行热处理以改善其性能。
热处理包括退火、淬火和回火。
9. 表面处理
根据需要，对钛表面进行处理，例如抛光、电镀或阳极氧化。
工艺特点
真空结晶过程在高真空条件下进行，可防止污染并提高钛的纯度。
该工艺可生产高纯度、高密度的钛金属。
产出的钛金属具有优异的机械和物理性能，适合于航空航天、医疗和化学工业等领域的应用。
金属的结晶过程
金属的结晶过程一、引言金属是一类重要的材料，具有良好的导电、导热和机械性能，在工业生产中得到广泛应用。
金属的结晶过程是指金属从液态到固态的转变过程，是金属材料形成晶体结构的过程。
本文将介绍金属的结晶过程及其相关特性。
二、金属的结晶过程金属的结晶过程是一个涉及原子排列和晶体生长的复杂过程。
当金属升温至熔点以上时，金属内部的原子开始脱离固态结构，形成自由运动的液态金属。
当金属冷却至熔点以下时，液态金属中的原子逐渐聚集形成晶体结构。
1. 原子的自由运动在金属熔化时，金属内部的原子开始失去固态结构的稳定，变得活跃起来。
原子的自由运动使得金属内部的原子能够更加接近，并形成较为紧密的结构。
2. 晶核的形成当金属冷却至熔点以下时，原子逐渐减少其运动速度，开始重新排列形成晶体结构。
在金属中，晶核是指最早形成的晶体微粒。
晶核的形成受到多种因素的影响，如温度、杂质和晶界能量等。
3. 晶体生长晶体生长是金属的结晶过程中最重要的阶段之一。
在晶核周围，原子逐渐添加到晶体结构中，使得晶体逐渐增大。
晶体的生长速率与温度、溶质浓度和结晶界面的形态有关。
4. 晶体的排列随着金属的继续冷却，晶体逐渐增大并排列有序。
金属晶体的排列方式通常分为立方晶系、六方晶系和正交晶系等。
不同的金属具有不同的晶体结构。
三、金属结晶的特性金属的结晶过程赋予了金属一些特性，这些特性对金属材料的性能产生重要影响。
1. 晶粒尺寸晶粒尺寸是指金属中晶体的大小。
晶粒尺寸的大小对金属的力学性能、电学性能和耐蚀性能等产生影响。
通常情况下，晶粒尺寸越小，金属的性能越好。
2. 晶界晶界是相邻晶粒之间的边界区域，是金属中的缺陷。
晶界对金属的力学性能和导电性能等起着重要作用。
晶界的数量和性质直接影响着金属的性能。
3. 金属的力学性能金属的结晶过程直接影响其力学性能。
晶体的排列和晶粒尺寸等因素决定了金属的硬度、强度和韧性等力学性能。
4. 金属的导电性和导热性金属的结晶过程与金属的导电性和导热性密切相关。
金属结晶是由什么和什么长大两个基本过程组成的
金属结晶是由什么和什么长大两个基本过程组成的金属自液态冷却变为固态的过程
金属结晶，是指由晶核核心形成和晶核长大两个基本过程组成的，即金属是从自液态冷却转变为固态的过程，是原子从不规则排列的状态过渡到原子规则排列的晶体状态的过程。
物质由液态→固态的过程称为凝固，由于液态金属凝固后一般都为晶体，所以液态金属→固态金属的过程也称为结晶。
由金工实习大家知道绝大多数金属材料都是经过冶炼后浇铸成形，即它的原始组织为铸态组织。
了解金属结晶过程，对于了解铸件组织的形成，以及对它锻造性能和零件的最终使用性能的影响，都是非常必要的。
而且掌握纯金属的结晶规律，对于理解合金的结晶过程和其固态相变也有很大的帮助。
金属结晶的过程
金属结晶的过程一、引言金属结晶是金属材料制备过程中的重要环节，对材料的性能和应用具有重要影响。
金属结晶是指金属从液态或气态转变为固态时，原子或离子按一定方式有序排列的过程。
本文将从金属结晶的基本概念、结晶方式、结晶过程以及影响结晶的因素等方面进行阐述。
二、金属结晶的基本概念金属结晶是指金属在凝固过程中，原子或离子按照一定的顺序和规则排列形成晶体的过程。
晶体是由许多原子或离子有序排列而成的，具有规则的几何形状和周期性的结构。
金属结晶的形成是由于金属原子间的相互吸引力使得金属原子有序排列。
三、金属结晶的方式金属结晶有两种方式：均匀凝固和非均匀凝固。
均匀凝固是指金属整体同时凝固，形成均匀的结晶组织。
非均匀凝固是指金属在凝固过程中产生不均匀的结晶组织，如晶粒大小不一、晶界不连续等。
四、金属结晶的过程金属结晶的过程可以分为凝固核形成、晶胞生长和晶粒长大三个阶段。
1. 凝固核形成凝固核是指在金属液态中形成的最小的结晶单位，是金属结晶过程中的起始阶段。
凝固核的形成需要满足两个条件：一是存在着凝固核形成所需的过冷度；二是存在着凝固核形成所需的固液界面自由能。
当金属液态的温度降低到一定程度时，由于过冷度的存在，金属原子会开始有序排列并形成凝固核。
2. 晶胞生长凝固核形成后，金属原子会沿着晶体生长方向有序排列并形成晶胞。
晶胞是晶体的最小结构单位，具有规则的几何形状和周期性的结构。
在晶胞生长过程中，金属原子会源源不断地从熔体中扩散到晶胞中，使得晶胞逐渐增大。
3. 晶粒长大晶胞生长后，相邻的晶胞会相互连接形成晶粒，晶粒是由许多晶胞组成的。
晶粒的大小和形状是由凝固过程中的温度和冷却速率等因素决定的。
晶粒长大的过程是指晶粒之间的相互连接和生长，使得整个金属材料逐渐形成具有规则晶粒结构的晶体。
五、影响金属结晶的因素金属结晶的过程受到多种因素的影响，包括温度、冷却速率、合金成分等。
1. 温度温度是影响金属结晶过程的重要因素。
温度的升高会加速金属原子的扩散速率，促进晶胞的生长和晶粒的长大。
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（2）变质处理
在液体金属中加入变质剂(孕育剂)，以细化晶粒和改善组织
的工艺措施。在铝合金液体中加入钛、锆；钢水中加 入钛、钒、铝，铸铁中加入硅铁、硅钙、硅钙钡合 金，都可使晶粒细化。
变质剂的作用：作为非自发形核的核心，或阻碍晶粒长大。
（3）振动结晶
——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。
L
（共晶合金）
T,C
183
L
L+
L+
c
d
e
+
T,C
(+ )
L L
L(+ ) 共晶体
(+ )
(+ )
Pb
X2
Sn 冷却曲线 t
X3合金结晶过程分析 （亚共晶合金）
T,C
183
Pb
T,C
L
L+
c
d
+
X3
L+
e
1 L L+(+ )+ 2 L+ (+ )+
(+ )+ + Ⅱ
Sn
t
标注了组织组成物的相图
• 共晶转变在恒温下进行。 • 转变结果是从一种液相中结晶出两个不同的固相。 • 存在一个确定的共晶点。在该点凝固温度最低。 • 成分在共晶线范围的合金都要经历共晶转变。
T,C
183
L
L+
L+
c
d
e
+
Pb
Sn
X1合金结晶过程分析
L
T,C
T,C
1
L
2
L
L+
L
L+
L+
183 c
d
e
{
3
t
Ni%
杠杆定律
T,C
L
1500
1400 1300
a1 1 b1L+ c1
1200
1100a 1000
1083
2
杠杆定律：在两相区内，对
应每12.一在随确两着定相 温的温区 度度内 的T， 降1，对 低两应 ， 相质每两量一相的确 的比定 成值的 分是确温 分定度 别的， 沿。两 液即
Q相L/的线Q成 和=分 固b是 相1c确 线1/定 变a1的 化b。1
白口铸铁 —— 2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %
亚共晶白口铁 ＜ 4.3 % 共晶白口铁 ＝ 4.3 % 过共晶白口铁 ＞ 4.3 %
几种
类型
常见
钢号
碳钢 碳质量分数／％
3．包晶相图
包晶转变： Ld + c e
铂-银合金包晶相图
T,C
T,C
L
L+
c e
L
d L+
L+ L+
+
f
Pt
Ag%
+ Ⅱ
g
Ag
t
4. 共析相图
共析转变： ( + ) 共析体
L
T,C
L+
+
c
d
+
e
+
A
B
2.2.2 相图与性能的关系
1. 合金的使用性能与相图的关系 ● 固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑ ● 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。
912 C
-Fe，fcc
-Fe，bcc
纯铁的冷却曲线
T 1538
1394
}-Fe，bcc
} 912 -Fe，fcc
} 770
铁磁性
-Fe，bcc
Cooling curve t
五金属铸锭的组织特点
• 细等轴晶区
液体金属注入锭模
时，由于锭模温度不高
，传热快，外层金属受
到激冷，过冷度大，生
成大量的晶核。同时模
f4
Pb X1
+
g
Sn
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
X1合金结晶特点
L
1.没有共晶反应过程，
T,C
而是经过匀晶反应形成 单相固相。
L
L+
L
2.要经过脱溶反应， 室温 组织组成物为
+ Ⅱ
+ Ⅱ
冷却曲线 t Ⅱ
组织组成物
组织中，由一定的相构成的， 具有一定形态特征的组成部分。
X2合金结晶过程分析
后形成一个粗大的等轴晶区。 (1)细等轴晶区；
(2)柱状
晶区； (3)粗等轴晶区
铸锭结构
单晶的制取
•演示
2.2 合金的结晶
2.2.1. 二元合金的结晶 2.2.2 合金的性能与相图的关系
2.2.3 铁碳合金的结晶
2.2.1 二元合金的结晶
1．匀晶相图 2．共晶相图 3．包晶相图 4．共析相图
抗拉强度Rm 屈服强度RE
250Mpa， 140Mpa
断后延伸率A11.3 40%-50%
冲击韧性αK 200 J/cm2
• 由此可见，铁素体有优良的 塑性和韧性，但强度，硬度 较低，在铁碳合金中是软韧 相。铁素体是912℃以下的平 衡相，也称做常温相，在铁 碳相图中用符号F表示。
布氏硬度HBS 80
方向（即一次晶轴方向）与散
热最快方向（一般为往外垂直
模壁的方向）的反方向一致的
晶核向液体内部平行长大，结
果形成柱状晶区。
(1)细等轴晶区；
(2)柱状
晶区； (3)粗等轴晶区
铸锭结构
五金属铸锭的组织特点
• 粗等轴晶区
• 随着柱状晶区的发展，液 体金属的冷却速度很快降低， 过冷度大大减小，温度差不断 降低，趋于均匀化；散热逐渐 失去方向性，所以在某个时候 ，剩余液体中被推来和漂浮来 的、以及从柱状晶上被冲下的 二次晶枝的碎块，可能成为晶 核，向各个方向均匀长大，最
三、渗碳体
•渗碳体是铁与碳原子结合形成 的具有金属性质的复杂间隙化合 物。
•它的晶体结构复杂，属于复杂 八面体结构，分子式为Fe3C，含 碳量6.69%。
•渗碳体的硬度很高，HV800，但 极脆，塑性和韧性几乎是零，强 度Rm=30Mpa左右。在铁碳合金中 ，它是硬脆相，是碳钢的主要强 化相。渗碳体在碳钢中的含量和 形态对钢的性能有很大影响。它 在铁碳合金中可以呈片状、粒状 、网状和板状形态存在。
● 铸造性能
2. 合金的工艺性能与相图的关系
液固相线距离愈小，结晶温度范围愈小（如接近共晶成分的合金）， 则流动性好，不易形成分散缩孔。
● 锻造、轧制性能
单相固溶体合金， 变形抗力小，变形均匀， 不易开裂。
2.2.3 铁碳合金的结晶
1．铁碳相图 2．结晶过程 3．成分-组织-性能关系 4．Fe-Fe3 C相图的应用
a1 b1L+ c1
1200
1100a 1000
1083
1455 c 1280 C
温度线如图。
根据杠杆定律推 论， Q / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4 答：所求合金在
1280 时相的
Cu
18 20
30 40
66 60 80
Ni 相对质量为1/4。
100
Ni%
2．共晶相图
● Fe3 C （ Cem， Cm，渗碳体）—— 复杂晶体结构
一、铁素体
• 碳原子溶入α-Fe中形成的间隙固溶体，称做铁素体 。由于体心立方格的α-Fe的晶体格间隙半径只有 0.036nm，而碳原子半径为0.077nm，所以铁素体对碳 的溶解度很小。在727℃时最大固溶度为0.02%,而在 室温时固溶度几乎降为零。铁素体的力学性能与纯铁 相近，其数值如下：
145c5
杠杆定律推论：在两 相区内，对应温度T1
时两相在合金b中的相 T1 对质量各为
T2 QL/QH=b1c1/a1 c1
Cu
20 b 40 60
NQi /QH=a1b1/a1
80 100
c1
Ni%
=1- QL/QH
例：求30%Ni合金在1280 时相的相对量
解：作成分线和
T,C
L
1500
1400 1300
•在高温时，钢和铸铁中的渗碳 体在一定时间会发生下面的分解 反应，析出石墨态的碳。
Fe3C → 3Fe+C（石墨）
(3) 相图中重要的点和线
液相线ABCD
固相线AHJECF
包晶线 HJB，包晶点 J 共晶线 ECF，共晶点C
L4.3(A2.11+Fe3C)
高温莱氏体,Le或Ld
共析线 PSK，共析点S
凝固： 液体 --> 固体（晶体 或 非晶体）
液体
晶体
冷却曲线
纯金属结晶的条件 就是应当有一定的 过冷度（克服界面能）
T
过冷度
T= T0 - Tn
T0
理论结晶温度
}T
Tn
开始结晶温度
t
冷却速度越大，则过冷度越大。
2. 纯金属的结晶过程 形核和晶核长大的过程
液态金属
形核
晶核长大
完全结晶
（1）形核过程
1．匀晶相图
相图（平衡图、状态图）
平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。
T,C
L
1500
1455
1400
1300
L+
1200
1100
1000 1083
Cu 20
40 60 Ni%
Ni 80 100
铜-镍合金匀晶相图
液相线