当前位置：文档之家 › 02第2章-金属的结晶与二元合金相图

02第2章-金属的结晶与二元合金相图

  • 格式：ppt
  • 大小：18.36 MB
  • 文档页数：179

下载文档原格式

  / 179

合集下载

金属的晶体结构和二元合金相图68页PPT

金属的晶体结构和二元合金相图68页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
金属的晶体结构和二元合金相图
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。

第2章 二元合金的相图及结晶

第2章 二元合金的相图及结晶
• 合金的结晶只有在缓慢冷却条件
下才能得到成分均匀的固溶体。
但实际冷速较快，结晶时固相中 的原子杢不及扩散，使先结晶出
的枝晶轴含有较多的高熔点元素
（如Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶 的枝晶间含有较多的低熔点元素( 如Cu-Ni合金中的Cu)。
2.3 二元匀晶相图
Cu-30%Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
2.3 二元匀晶相图
两组元在液态和固态均能无限互溶时所构成的 相图称为匀晶相图。
Liquid Two Phase Solid X
% Y added
Y
2.3 二元匀晶相图
Equilibrium Phase Diagram - Mg0-Feture (C)
2.3 二元匀晶相图 相图分析
液相线 L B熔点
L+α
α 固相线 A B% B
A熔点
与纯金属的结 晶过程不同，固 溶体合金的结晶 是在一定的温度 范围内完成的。
• 相图由两条线构成，上面是液相线，下面是固相线。 • 相图被两条线分为三个相区，液相线以上为液相区L ，固相线以下为
固溶体区，两条线之间为两相共存的两相区（L+ ）。
合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.
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。是制订熔炼、铸造、 热加工及热处理工艺的重要依据。
根据组元数, 分为二元相图、三元相图和多元相图。 合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制的 一系列不同成分的合金。
（补充） Gibbs相律
生产上常将铸件加热到 固相线以下100-200℃长时 间保温，以使原子充分扩散、 成分均匀，消除枝晶偏析， 这种热处理工艺称作扩散退 火。

[工学]第二章2金属的结晶及二元相图

[工学]第二章2金属的结晶及二元相图
均匀长大
实际金属结晶主要以树枝状长大. 这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好， 生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴…，树枝 间最后被填充。
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
金 属 的 树 枝 晶
冰 的 树 枝 晶
（3）金属结晶后的晶粒大小
一般来说，细晶粒金属具有较高的强度
金 )。
• 共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠 光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。

与共晶反应不同 的是，共析反应 的母相是固相，
而不是液相。

另外，由于固态
转变过冷度大，
因而共析组织比
共晶组织细。
珠光体
常见三相等温水平线上的反应
反应名称 图形特征 反应式 L⇄ + 说明 恒温下由一个液相同时 结晶出两个成分结构不 同的新固相。 恒温下由一个液相包着 一个固相生成另一个新 的固相。
和韧性。为了提高金属的力学性能，希
望得到细晶组织。
3、决定晶粒度的因素
晶粒大小取决于形核的数目和长大的速度。 形核率（N）：单位时间单位体积内形成晶核 的数目； 长大速度（G）：晶核单位时间生长的长度
N/G越大，晶粒越细小。
细化晶粒的途径
过冷度对N、G的影响
提高冷却速度、增大过冷度
V冷
△T
N/G
LE ⇄(C + D)
共晶反应：在一定温度
A B
下，由一定成分的液相
同时结晶出两个成分和
结构都不相同的新固相
共晶合金: 具有共晶成分的合金。
亚共晶合金: 在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金
过共晶合金：位于共晶

金属的晶体结构与二元合金相图

金属的晶体结构与二元合金相图

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载金属的晶体结构与二元合金相图地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容第二章金属的晶体结构（1）、晶体结构的基本概念：1、金属的晶体结构：金属材料内部的原子排列的规律，决定着材料的显微组织特性和材料的宏观性能。

2、晶格：用于描述原子在晶体中排列规律的三维空间集合点阵。

3、晶胞：晶格中存在能够代表晶格特征的最小集几何单元。

4、晶格参数：用来描述晶胞大小与形状的几何参数，包括晶胞的三个棱边长度a、b、c和三个棱边夹角A、B、R，共六个参数。

5、晶格常数：决定晶胞大小的三个棱长。

（2）、金属中常见的晶格：体心立方晶格面心立方晶格密排六方晶格（3）、晶格的致密度：1、致密度：每个晶胞中原子所占的总体积与晶胞的体积之比。

（4）、晶粒与亚晶粒：1、晶粒：晶格位向基本一致的区域，并有边界与邻区分开就称为一个晶粒。

2、晶界：晶粒之间原子排列不规则的区域。

3、晶粒大小决定因素：出取决于金属种类外，主要取决于结晶条件和热处理工艺。

4、“为无向性”（5）、晶体缺陷：1、凡是原子排列不规则的区域都是晶体缺陷。

2、点缺陷：以一个点为中心，在它的周围造成原子排列不规则，产生晶格畸变和内应力的晶体缺陷。

主要有间隙原子、置换原子、晶格空位三种。

a、正畸变：大直径原子置换引起晶格局部“撑开”现象。

b、负畸变：小直径原子置换引起晶格局部“靠拢”现象。

c、点缺陷处于不断变化和运动之中，位置随时在变。

是原子扩散的一种主要方式，也是金属在固态下“相变”和化学热处理工艺的基础。

3、线缺陷：主要是指各种形式的位错。

a、位错：晶体中某一列或若干列原子发生了有规律的错排现象。

b、刃形位错，位错线，正负刃形位错。

02第二章 二元合金的相图和结晶

02第二章 二元合金的相图和结晶

偏析实例
通过对非平衡凝固分析得到如下结论：
(1) 固相、液相的平均成分分别与固相线、液相线不同， 有一定的偏离（固相成分按平均成分线变化），其偏离 程度与冷却速度有关。冷却速度越大，其偏离程度越严 重；冷却速度越小，偏离程度越小，越接近于平衡条件。
(2) 先结晶部分含有较多的高熔点组元(Ni)，后结晶部分 含有较多的低熔点组元(Cu)。 (3) 非平衡结晶条件下，凝固的终结温度低于平衡结晶时 的终止温度。
⑵按溶质原子在固体中的溶解度，固溶体可分 为有限固溶体和无限固溶体两种。
⑶按溶质原子在固溶体内分布是否有规则，固 溶体分为有序固溶体和无序固溶体两种。
2.固溶体的性能

通过形成固溶体使金属强度和硬度提高的现象称
为固溶强化。固溶强化是金属强化的重要方式之一。
固溶体的综合力学性能较好，常作为结构合金的基体 相。
T,C 1500 1400 a1 1300 1200 1100 a 1083 1000 Cu
L
解：作成分线和 温度线如图。
1455
c
b1L+
c1
1280 C
根据杠杆定律推 论， Q / QH = a1b1 /a1c1 =12/48=1/4
18 20
30 40
66 60 Ni%
80
100
置换原子
Z
间 隙 固 溶 体
Z
间隙原子
Y Y X X
间隙相和间隙化合物的示意举例

由于间隙相的高熔点和高硬度，其适量的存在 和合理的分布往往可以明显提高金属材料的热强性、
红硬性和耐磨性．从而成为高合金钢和硬质合金的重
要组成相。 渗碳体
2.2 二元合金的结晶

金属的结晶与二元合金相图ppt

金属的结晶与二元合金相图ppt

（二）共晶相图
共晶相图——具有两相机械混合物的合金相图 。 （或者说以共晶转变为主的相图） 共晶转变——一定化学成分的合金在一定的温 度下（恒温），同时由液相中结晶出两种不同 成分和不同晶体结构的固相。
LE
恒温
αF+βG
（ α F&化学成分的基本组织，称为共晶体。
晶粒度 1 2 3 4 5 6 7 8
单位面积晶粒数 16 32 64 128 256 512 102 2048 4 （个/mm2） 22 晶粒平均直径 250 177 125 88 62 44 31 （μm）
比较： 细晶强化-->强度、硬度、塑性、韧性↑
固溶强化-->强度、硬度↑，塑性、韧性↓
细晶强化：通过细化晶粒而使金属材料力 学性能提高的方法。 晶粒越细小，材料的强度、硬度越高，塑 性越好。（这是其它强化方法所不能的）
2、典型合金的结晶过程 （1）固溶体合金
f
合金I的结晶过程：L
L+α
α
α+βII
2、典型合金的结晶过程 （1）固溶体合金
室温下合金I 的显微组织： a）相组成 α 、β ； b）组织组成 α 、β II
f
2、典型合金的结晶过程 （2）共晶合金
f
合金II的结晶过程：L
L+（α+β）
α+β
2、典型合金的结晶过程 （2）共晶合金
第2章 金属材料的组织与性能控制
主要内容 2.1 纯金属的结晶过程 2.2 二元合金相图 2.3 铁碳合金相图 2.4 金属的塑性变形及再结晶过程 2.5 钢的热处理
重点与难点
1.金属结晶过程及细化晶粒途径 2.掌握杠杆定律及其应用； 3. Fe-Fe3合金冷却过程相变分析及利用杠杆定 律计算室温相的相对含量； 4. 塑性变形材料组织性能影响及再结晶以后组 织性能演变； 5. 掌握马氏体、贝氏体、珠光体等概念及组织 特征 6. 掌握退火、正火、淬火及回火特点及对组织 性能影响

金属结晶与二元相图

冷型浇铸
3）铸锭的缺陷
– 缩孔
• 凝固时体积缩小－补缩不足－形成缩孔。
– 疏松——分散缩孔
• 枝晶骨架相遇，封闭液体，造成补缩困难形成。）
5、单晶的制取
• 基本原理——设法 使液体结晶时只有 一个晶核形成并长 大。
– 事先制备好的籽晶 – 在液体中形成的的晶
核。
• 制备方法:
– 1）垂直提拉法
– 2）尖端形核法
2、共晶转变：
两组元在液态无限互溶，在固态有限互溶的结晶转变。 共晶转变的合金系构成共晶相图，Pb-Sn,Al-Si,Ag-Cu
1）相图分析
相区
➢三个单相区：L、α、β
（α、β是有限固溶体）
➢两相区？三相区？
线
➢共晶反应线：cde
➢溶解度线：cf，eg
T↓→过饱和固溶体析出另一相 f
g
→脱溶转变
b 当温度T<Tm时，FS<FL, 固相稳定
c 当温度T=Tm时，FS=FL, 平衡状态
Tm：理论结晶温度
Tn：实际结晶温度
液、固两相的自由能随温度变化
结晶驱动力——ΔG≤0 过冷度△T↑，结晶的驱动力↑ △T=0，ΔGv=0，没有驱动力结晶不能进行——Why？
结晶的阻力——界面能 △T=Tm-Tn, → △G用来克服界面能
实验证明：纯金属液体被冷却到熔点Tm（理论结晶温度）
时保温，无论保温多长时间结晶都不会进行，只有当温度
明显低于Tm时，结晶才开始。也就是说，金属要在过冷
(Undercooled)的条件下才能结晶。
结论：结晶的热力学条件就是必须有一定的过冷度
ΔT与ΔGV的关系
恒温、恒压条件下，单位体 积的液体与固体的自由能之差 为：

第二章 金属与合金的晶体结构和二元合金相图


Z
(326)
X Y
-Z
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
单晶体的各向异性
单晶体中不同晶面和晶向上的原子排列方式和密 度不同，因而，在不同的晶面和晶向上的各种性能也 不同，这种现象称为各向异性。
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
实际晶体结构
1）单晶体与多晶体
晶粒 晶界
单晶体
多晶体
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
1.铁碳合金的相结构与性能
•铁素体 F •奥氏体 A •渗碳体 Fe3C
2.相图分析
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
2.4.2在铁碳合金平衡状态下的相变
铁碳合金的分类
钢
种类 工业纯铁 亚共析 钢 0.0218 -0.77 F+P 共析钢 过共析 钢 0.772.11 P+ Fe3CⅡ 亚共晶 白口铁 2.11 -4.3 Fe3CⅡ+P +Ld`
2.2.3材料的同素异构
1.晶体的同素异构 2.同分异构
α-石英
870º C
1470º C α-鳞石英 α-方石英 163º C β-鳞石英 180~ 270º C β-方石英
573º C β-石英
δ-Fe
1394º C
γ-Fe
912º C
α-Fe
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图
2.3合金的结晶与二元相图
2.1晶体材料的原子排列
2.1.1理想晶体结构 1).晶格 2).常见的金属晶体结构 3).晶面和晶向的表示方法 2.1.2实际晶体结构 1).单晶体与多晶体 2).晶体缺陷
第二章金属与合金的晶体结构和二元合金相图

第2章合金的相结构与二元合金相图

缓冷
有序变化：导致合金硬度、脆性增加，塑性、电阻率下降。
固态合金中的相结构
完全无序
第二章
偏聚
部分有序
完全有序
固态合金中的相结构
第二章
（二）溶质元素在固溶体中的溶解度
c
溶质元素的质量 固溶体的总质量
100％
质量分数
c
溶质元素的原子数 固溶体的总原子数
100％
摩尔百分数
固态合金中的相结构
第二章
（三）影响固溶体结构和溶解度的因素
第二章
（2）具有复杂结构的间隙化 合物
如FeB、Fe3C、Cr23C6等。 Fe3C称渗碳体，是钢中重要 组成相，具有复杂斜方晶格。
化合物也可溶入其它元素原
Fe3C的晶格
子，形成以化合物为基的固
溶体。
高温合金中的Cr23C6
（3） 拉弗斯相： 组元间的原子尺寸之差处于间隙化合 物与电子化合物之间。
第二章
3、电子含量因素（原子价因素）: 电子含量：各组成元素的价电子数的总和与原子数的比值。 如溶质的摩尔分数为 x ％ ，则电子含量表示为：
c e a [xv u(100 x)]/100 一定形式的固溶体，能稳定地存在于一定的电子含量范围内。 一价金属溶剂，bcc电子极限含量1.36
fcc电子极限含量1.48
固态合金中的相结构
第二章
4.相：凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面 分开的物质均匀组成部分，称之为相。
5.组织：是观察到的在金属及合金内部组成相的大 小、方向、形状、分布及相互结合状态。
(a)纯铁单相显微组织
(b)Al+Cu两相显微组织
固态合金中的相结构
第二章
在固态材料中，按其晶格结构的基本属性来分， 可分为固溶体和中间相两大类。

第2章 二元合金相图与结晶

第2章 二元合金相图及结晶
内容提要：
介绍合金中的相、二元合金相图的建立方法 重点阐明匀晶相图、共晶相图的特征、平衡结
晶、组织与力学 性能的影响
2.1 合金的结构与组织
一．基本概念
合金 一种金属元素同另一种或几种其它元 素, 通过熔化或其它方法结合在一起所形成 的具有金属特性的物质
组元：组成合金的独立的、最基本的单元 金属、非金属元素或稳定化合物
2.匀晶结晶过程
3. 匀晶结晶特点
(1) 形核与长大 与纯金属一样, 固溶体结晶也包括形核、长 大两个过程。固溶体更趋向树枝状长大。 (2) 变温结晶 固溶体结晶在一个温度区间内进行, 变温结晶。
(3) 两相的成分确定
在两相区内, 温度一定时, 两相的成分(即L相中 Ni的质量分数和α 相中Ni的质量分数)确定。
比重偏析的危害
使铸件各部分的成分、组织和性能不同，影响铸件使用
比重偏析的消除 不能通过热处理消除，
三、发生包晶反应的合金的结晶
e点为包晶点 e点成分的合金冷却到 e
点温度(包晶温度)时发生包 晶反应：
L+α →β 反应时三相共存, 它们的 成分确定, 恒温进行
w( )
cf fg
2d cd
100%
w(

)
2c cd
100%
4. 过共晶合金(合金Ⅳ)：
位于共晶点右边, 成分在 de之间的合金
过共晶合金室温组织为: 初生β +二次α +(α +β )
组织组成物： β、二次α 、(α+β)
组成相：α 、β
组成相的质量分数为：
w( )
Pb-Sn合金相图
1. 合金I的平衡结晶过程
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

2.1 纯金属的结晶
② 决定晶粒度的因素


过冷度对N、G的影响
晶粒的大小取决于晶核的形 成速度和长大速度。 单位时间、单位体积内形成 的晶核数目叫形核率(N)。 单位时间内晶核生长的长度 叫长大速度(G)。 N/G比值越大，晶粒越细小。
凡是促进形核、抑制长大的 因素，都能细化晶粒。
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
例如：
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。
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
Al-Si合金组织
未变质
变质
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
铸铁变质处理前后 的组织
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
② 晶核的形成方式
形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。
自发形核——依靠液态金属本身在一定过冷度下由其内部自 发长出结晶核心。
非自发形核——依附与金属液体中未溶的固态杂质表面而形 成晶核。
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
2.1.4 细化铸态金属晶粒的措施
① 晶粒度
表示晶粒大小的尺度叫晶粒度。 可用晶粒的平均面积或平均直径表示。工业生产上采用晶粒度等级来 表示晶粒大小。 标准晶粒度共分八级，一级最粗，八级最细。 晶粒度 单位面积 晶粒数 （个／mm2) 晶粒平均 直径(mm)
工程材料及成形技术
2.3 铁碳合金相图
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
第2章 金属材料的结晶与二元相图
2.1 纯金属的结晶
2.1.1 结晶的条件 2.1.2 结晶的过程 2.1.3 同素异构转变 2.1.4 细化铸态金属晶粒的措施 2.1.5 金属的铸锭
2.2 合金的结晶 2.3 铁碳合金相图
工程材料及成形技术
1
2
3
4
5
6
7
8
16
32
64
128
256
512
1024
0.031
2048
0.022
0.250 0.177 0.125 0.088 0.062 0.044
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
八级标准晶粒度
通过100倍显微镜下的晶粒大小与标准图对照来评级
工程材Байду номын сангаас及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
工程材料及成形技术
-Fe
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
② 同素异构转变的特点
同素异构转变时也有过冷现象，放 出潜热，有固定的转变温度。
固态相变的晶界形核
新同素异构晶体也有形核和长大两 个过程。
导致金属体积发生变化，产生较大 内应力。例如γ-Fe转变为α-Fe时， 铁的体积会膨胀约1％。可引起钢淬 火时产生应力，严重时会导致工件 变形和开裂。 适当提高冷却速度，可以细化同素 异构转变后的晶粒，提高金属的机 械性能。
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
2.1.3 同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变 化的现象称同素异构转变。同 素异构转变属于固态相变。 ① 铁的同素异构转变 铁在固态冷却过程中有两次 晶体结构变化，其变化为：
1394℃ 912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
① 结晶的基本过程 结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成。 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时 聚时散，称为晶胚。在T0以下, 经一段时间后(即孕育 期), 一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
晶核形成后便向各方向 生长，同时又有新的晶 核产生。 晶核不断形成，不断长 大，直到液体完全消失。 每个晶核最终长成一个 晶粒，两晶粒接触后形 成晶界。
目 录
第0章：绪论 第1章：工程材料的结构与性能 第2章：金属材料的结晶与二元相图 第3章：钢的热处理 第4章：工程材料 第5章：金属的液态成型 第6章：金属的塑性成形 第7章：金属的焊接成形 第8章：非金属材料成形 第9章：新材料及其新工艺 第10章：机械零件材料及成形工艺的选用
第2章 金属材料的结晶与二元相图
的晶 关粒 系大 小 与 金 属 强 度
s= i+Kd-1/2
单晶叶片
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
第2章 金属材料的结晶与二元相图
2.1 纯金属的结晶
2.1.1 结晶的条件
2.1.2 结晶的过程 2.1.3 同素异构转变 2.1.4 细化铸态金属晶粒的措施 2.1.5 金属的铸锭
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
第2章 金属材料的结晶与二元相图
2.1 纯金属的结晶
2.1.1 结晶的条件 2.1.2 结晶的过程 2.1.3 同素异构转变 2.1.4 细化铸态金属晶粒的措施 2.1.5 金属的铸锭
2.2 合金的结晶 2.3 铁碳合金相图
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
同素异晶体：以不同晶体结构存在的同一种金属的 晶体。
δ-Fe、γ-Fe、α-Fe都是纯铁的同素异晶体。
金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程 称为二次结晶或重结晶。
金属的同素异构转变即是二次结晶或重结晶。
-Fe
非晶态金属具有特别高的强度和韧性、 优异的软磁性能、高的电阻率、良好的抗蚀性等。
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
Al-Si合金组织
缓冷
快冷
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
变质处理（又称孕育处理）
向液态金属内加入非均匀形核物质从而细化晶粒的方法。 所加入的非均匀形核物质叫变质剂（或称孕育剂）。 变质剂的作用：增加晶核数量，阻碍晶核长大。
工程材料及成形技术
金 属 的 树 枝 晶 冰 的 树 枝 晶
中国农业大学工学院版权所有
第2章 金属材料的结晶与二元相图
2.1 纯金属的结晶
2.1.1 结晶的条件 2.1.2 结晶的过程 2.1.3 同素异构转变 2.1.4 细化铸态金属晶粒的措施 2.1.5 金属的铸锭
2.2 合金的结晶 2.3 铁碳合金相图
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
① 铸锭(件)的组织 铸锭(件)的宏观组织
通常由三个区组成:
a）表层细等轴晶区 b）柱状晶区 c）粗等 轴晶区
(a)表层细晶区；(b)柱状晶区 (c)等轴晶区
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
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，只有那些 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。 ΔF 是液态金属结晶的动力。 T是结晶的必要条件。
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.2 合金的结晶 2.3 铁碳合金相图
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
2.1.5 金属的铸锭
在实际生产中，液态金属被浇 注到锭模中便得到铸锭，而注 入到铸型模具中成形则得到铸 件。 铸锭(件)的组织及其存在的缺 陷对其加工和使用性能有着直 接的影响。
工程材料及成形技术
树枝状长大的晶粒前沿
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
在负温度梯度下，在晶核棱角处散热好，生长快，先形成一次轴，一 次轴产生二次轴…，树枝间最后被填充。
实际金属结晶主要以树枝状长大
正温度梯度
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
树枝状结晶 金 属 的 树 枝 晶 金 属 的 树 枝 晶
2.1 纯金属的结晶 2.2 合金的结晶 2.3 铁碳合金相图
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
第2章 金属材料的结晶与二元相图
2.1 纯金属的结晶
2.1.1 结晶的条件 2.1.2 结晶的过程 2.1.3 同素异构转变 2.1.4 细化铸态金属晶粒的措施 2.1.5 金属的铸锭
2.2 合金的结晶
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
平面长大
在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。
正温度梯度
平面长大视频
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
晶体获得表面为密排面的规则形状
工程材料及成形技术
中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
树枝状长大
变质处理前
变质处理使组织细化。变质 剂为硅铁或硅钙合金。
变质处理后
工程材料及成形技术 中国农业大学工学院版权所有
2.1 纯金属的结晶
振动和电磁搅拌：对正在结晶的金属 进行机械或超声波振动或电磁搅拌， 一方面可靠外部输入的能量来促进形 核，另一方面也可使成长中的枝晶破 碎，使晶核数目显著增加。
电磁搅拌细化晶粒示意图
雾 凇
工程材料及成形技术