第二节第二节 纯金属的结晶纯金属的结晶l凝固与结晶凝固与结晶一、纯金属的结晶条件与结晶过程一、纯金属的结晶条件与结晶过程二、形核规律：均质形核和非均质形核二、形核规律：均质形核和非均质形核三、长大规律三、长大规律四、晶粒大小四、晶粒大小及控制及控制五、铸件组织五、铸件组织小结小结晶体晶体液体液体结晶结晶结晶结晶： 液体液体 - - 晶体晶体凝固：凝固： 液体液体 - - 固体（晶体固体（晶体 或或 非晶体）非晶体）冷却曲线冷却曲线tTT0Tn理论结晶温度开始结晶温度开始结晶温度 T过冷度过冷度T= T0 - Tn纯金属结晶的条纯金属结晶的条件就是应当有一件就是应当有一定的过冷度定的过冷度1.1.纯纯金金属属的的结结晶晶条条件件冷却速度越大，则过冷度越大。冷却速度越大，则过冷度越大。2.2.纯金属的纯金属的结晶过程结晶过程液态金属液态金属形核形核晶核长大晶核长大完全结晶完全结晶形核形核和和晶核长大晶核长大的过程的过程形核规律形核规律两种形核方式两种形核方式 均质形核均质形核与与非均质形核非均质形核均质形核均质形核由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核由液体金属内部原子聚集尺寸超过临界晶核尺寸后形成的结晶核心。尺寸后形成的结晶核心。非均质形核非均质形核 是依附于外来杂质上生是依附于外来杂质上生成的晶核。成的晶核。晶核长大规律晶核长大规律两种长大方式 平面生长平面生长 与 树枝状生长树枝状生长。平面生长树枝状生长树枝状晶体生长示意图树枝状晶体生长示意图 四、晶粒大小及控制四、晶粒大小及控制l l细晶强化细晶强化 细化晶粒的方法：细化晶粒的方法： （1）增大过冷度）增大过冷度 提高冷却速度和降低浇注温度提高冷却速度和降低浇注温度 （2）变质处理）变质处理 （3）附加振动）附加振动（1 1）提高过冷度）提高过冷度形核率形核率N 、长大速度长大速度G 与与 过冷度过冷度T 的关系的关系TG，NGN（2 2）变质处理）变质处理在液体金属中加入在液体金属中加入变质剂变质剂( (孕育剂孕育剂) )，以细化，以细化晶粒和改善组织的工艺措施。晶粒和改善组织的工艺措施。变质剂的作用变质剂的作用：作为非均质形：作为非均质形核的核心，或阻碍晶粒长大。核的核心，或阻碍晶粒长大。（3 3）振动结晶）振动结晶机械振动、超声振动，或电机械振动、超声振动，或电磁搅拌等。磁搅拌等。振动的作用振动的作用：使树枝晶破碎，晶核数：使树枝晶破碎，晶核数 增加，晶粒细化。增加，晶粒细化。五、五、铸锭组织铸锭组织表面细晶粒层表面细晶粒层中间柱状晶粒层中间柱状晶粒层中心等轴晶粒层中心等轴晶粒层单晶体的制备单晶体的制备 （1 1）基本原理：保证一个晶核形成并长大。）基本原理：保证一个晶核形成并长大。 （2 2）制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。）制备方法：尖端形核法和垂直提拉法。2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning is a trademark used herein under license.小结小结重点要求重点要求 1. 1.过冷度的概念，晶粒度的影响因素。过冷度的概念，晶粒度的影响因素。2. 2.铸锭组织。铸锭组织。1. 1) 1. 1) 结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，结晶过程是依靠两个密切联系的基本过程来实现的，它们是：它们是：2) 2) 当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是用是形核和晶核长大形核和晶核长大3) 3) 过冷度是指为过冷度是指为：增加晶核数量，或阻碍晶粒长大。增加晶核数量，或阻碍晶粒长大。理论结晶温度理论结晶温度 - - 开始结晶温度开始结晶温度其表示符号为：其表示符号为： T T4) 4) 固溶体的强度和硬度比溶剂：固溶体的强度和硬度比溶剂：高高2. 1) 2. 1) 凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（ ）NoNo2) 2) 室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（室温下，金属晶粒越细，则强度越高、塑性越低。（ ）NoNo2) 2) 为细化晶粒，可采用：为细化晶粒，可采用：a. a. 快速浇注快速浇注b. b. 加加变质剂变质剂c. c. 以砂型代金属型以砂型代金属型3. 1) 3. 1) 金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将：a. a. 越高越高b. b. 越低越低c. c. 越接近理论结晶温度越接近理论结晶温度a. a. 提高过冷度提高过冷度 b. b. 变质处理变质处理 c. c. 振动结晶振动结晶4) 4) 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：(1) (1) 金属型与砂型浇注金属型与砂型浇注 (2) (2) 变质处理与不变质处理变质处理与不变质处理(3) (3) 铸成薄件与厚件铸成薄件与厚件 (4) (4) 浇注时振动与不振动浇注时振动与不振动4. 3) 4. 3) 在实际应用中，细晶粒在实际应用中，细晶粒金属材料往往具有较好的常温力学性能，金属材料往往具有较好的常温力学性能，细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？细化晶粒提高金属材料使用性能的措施有哪些？