“十二五”国家级规划教材工程材料第5版配套课 件展示之一第2章 金属材料组织 和性能的控制 2.1 纯金属的结晶第2章 金属材料组织和性能的控制2.1.1 纯金属的结晶金属材料要经过液态和固态的加工过程。钢材经过冶炼、注锭、锻造、轧制、机加工和热处理等工艺过程。金属浇注、冷却 后，液态金属转变为 固态金属，获得一定 形状的铸锭或铸件。液态金属：金属原子作不规则运动。在小范围内，原子会出 现规则排列，称短程有序。 短程有序的原子集团瞬时出现瞬时消失。液态金属结构金属从液态到固体晶态的转变称为一次结晶。简称金属结晶。固态金属：通常属于晶体材料，金属原子规则排列 ，叫长程有序。 固态金属结构 一、纯金属结晶的条件纯金属（纯铜）的冷却曲线 纯铜的冷却曲线中：T0为纯铜的熔点(理论结晶温度), Tn为开始结晶温度。bc段：温度低于理论结晶温度, 称为过冷。过冷度：理论结晶温度T0 与开始结晶温度Tn之差。用T 表示：T =T0- Tn 冷却速度越大, 则开 始结晶温度越低, 过冷度 也就越大。de段 正在结晶，恒温结 晶。液态原子无序状态转变 为有序状态时放出结晶潜热 ，保持温度不变。自发转变的能量条件自然界的一切自发转变过程，总是由一种较高能量状态趋向于能量最低的稳定 状态。 在一定温度条件下，只有引起体系自由能（即能够对外作功的那部分能量）降 低的过程才能自发进行。液态金属结晶条件：液态金属要结晶，温度必须 低于理论结晶温度T0，要有一定的过冷度T ， 使金属在液态和固态之间存在自由能差F 。 液态金属结晶的动力：F 液态金属和固态金属自由能-温度关系曲线T0：交点对应 的温度，为理 论结晶温度。二、纯金属的结晶过程包括两个基本过程：形核、长大1、形核液态金属内部生成一些极小的晶体作为结晶的核心。生成的核心叫做晶核。(1) 自发形核 (2) 非自发形核 老师提示 实际金属结晶时，以非自发形核为主。晶核形成、晶体长大时晶体表面 能的增加是金属结晶的阻力。2、晶体的长大晶体的长大有两种方式:(1)平面长大冷却速度较慢时，晶体表面向前平行推移长 大。不同晶面的垂直方向上的长大速度不同。沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢。晶体获得表面为密排面 的规则形状。平面长大的规则形状晶体(2)树枝状长大冷却速度较快时，晶体的棱角和棱边的散热 快，长大较快，成为晶枝。优先形成的晶枝称一次晶轴，在一次晶轴侧面生出新的晶枝，即二次晶轴。其后又生成三次 晶轴、四次晶轴。结晶后得到具有树枝 状的晶体。树枝状长大的 树枝状晶体实际金属结晶时，晶体多 以树枝状长大方式长大。