材料科学基础张代东cha金属的结晶PPT课件.pptx

主讲 匡唐清华东交通大学材料工程系 材料科学基础FoundamentalsofMaterialScience 2020 3 20 1 第2章金属的结晶 2020 3 20 2 第2章金属的结晶 2020 3 20 3 2 1结晶的基本概念 凝固 液体L 固体S结晶液体 晶体 无序到有序 液相 固相性能发生突变相变玻璃化转变液体 非晶体逐渐变硬非相变 水晶 玻璃制品 2020 3 20 4 2 1结晶的基本概念 相变固态相变一种固相 另一种固相气固相变气相 固相液固相变液相 固相 2020 3 20 5 2 1结晶的基本概念 气态结构 原子杂乱无章的随机分布 液体金属结构 原子局域团聚 形成小的团簇 固态金属结构 原子排列长程有序 长程无序而短程有序 小集团 2020 3 20 6 2 1结晶的基本概念 液态金属结构起伏液态金属中存在着原子排列规则 有序 的小区域 原子集团 但是不稳定 存在原子集团的重新聚集与分散能量起伏造成结构起伏的原因是液态金属中存在着能量起伏 能量低的地方形成原子集团 遇到能量高峰又散开成无序状态结构起伏与能量起伏是对应的 2020 3 20 7 2 1结晶的基本概念 金属凝固过程即为结晶过程 晶体 液体 结晶 不规则排列 规则排列 2020 3 20 8 2 1 1晶核形成与晶核长大 熔点以下结晶 形核 长大 首先经过一段 孕育期 出现第一批晶核 随着时间推移 晶核不断长大 同时又有新核不断形成 在这一过程中 液态金属愈来愈少 直到各个晶体相互接触 液态耗尽 结晶过程结束 2020 3 20 9 2 1 1晶核形成与晶核长大 液体 形核 长大 多晶 纯铁显微组织 晶粒 晶界 2020 3 20 10 2 1 2结晶条件 过冷度 自由能 结构起伏 2020 3 20 11 过冷度 结晶试验装置 2020 3 20 12 过冷度 冷却曲线 热分析曲线 金属由高温向低温冷却过程中所得到的温度和时间关系曲线 2020 3 20 13 过冷度 纯金属结晶冷却曲线 理论结晶 实际结晶 无限缓慢冷却 结晶潜热与散热平衡 理论结晶温度Tm 一定冷却速度 低于温度Tm下才开始结晶 实际结晶温度Tn 2020 3 20 14 过冷度 T 纯金属结晶时的冷却曲线 孕育期 2020 3 20 15 过冷度 过冷在理论结晶温度以下仍保持液态的现象实际结晶是在低于理论结晶温度时开始的 实际结晶温度与理论结晶温度之差称谓过冷度 表示为 结晶潜热一摩尔物质从一个相转变为另一个相时 伴随放出或吸收的热量称为相变潜热结晶时所放出的热量称为结晶潜热 2020 3 20 16 过冷度 过冷是凝固的必要条件凝固过程总是在一定的过冷度下进行 影响因素金属越纯 过冷度越大冷却速度越快 过冷度越大 2020 3 20 17 自由能 热力学第一定律 能量守恒热力学第二定律热量可以自发地从温度高的物体传递到较冷的物体 但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体不可能从单一热源吸取热量 并将这热量完全变为功 而不产生其他影响熵增表述 孤立系统的熵永不减小 一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行 2020 3 20 18 自由能 热力学第三定律绝对零度时 所有纯物质的完美晶体的熵值为零 绝对零度 T 0K即 273 15 不可达到热力学第0定律如果两个热力学系统均与第三个热力学系统处于热平衡 那么它们也必定处于热平衡 也就是说热平衡是递传的热力学三大定律的基础 它定义了温度 2020 3 20 19 自由能 由热力学第二定律可知 物质遵循能量最小原理 即物质总是自发地向着能量降低的方向转化 自由能G G H TSH焓 S熵 T绝对温度 2020 3 20 20 自由能 液相自由能曲线斜率大 熔化后GL GS 原子混乱度 增加了原子的组态熵Sc 原子振动幅度加大 增加了振动熵Sf SL SS 自由能G G H TS 2020 3 20 21 自由能 G T曲线当T Tm时GL GS 两相共存 平衡当T Tm时GLGS 固体稳定 结晶 结晶需要在一定过冷度 T 熔点Tm以下 下进行 2020 3 20 22 自由能 两相自由能差 结晶潜热 结晶温度 过冷度 液相 固相自由能变化 2020 3 20 23 自由能 在等压条件下 过程自发进行的过程是体系自由能降低的方向 即 G 0过冷度 T越大 结晶的驱动力 G也就越大 T 0时 G 0 没有驱动力 结晶不能进行结晶的热力学条件 结晶必须有一定的过冷度 T 0过冷度 结晶驱动力 2020 3 20 24 结构起伏 结构起伏 液态材料中出现的短程有序排列 时聚时散的现象 也称为相起伏 是结晶的必要条件之一晶胚 即结构起伏尺寸较大时 转变为晶核过冷度越大 可转变为晶核的晶坯数量越多 其rmax也越大 2020 3 20 25 2 2晶核形成规律 液态金属依靠结构起伏和能量起伏形成时聚时散的呈短程有序排列的原子团 即晶胚 当晶胚尺寸大于某一临界值时 就能自发长大为晶核 能量起伏 结构起伏 晶胚 晶核 2020 3 20 26 2 2晶核形成规律 形核方式均匀形核在过冷液态金属中 完全依靠液态金属本身的能量变化获得驱动力 由晶胚直接成核的过程 无择优位置的形核 实际不可能 总有杂质存在 非均匀形核在过冷液态金属中 晶核依附在固体杂质表面上择优形核的过程 凝固形核的主要方式 2020 3 20 27 2 2 1均匀形核 均匀形核时的能量变化转变为固态的晶坯引起体积自由能 Gv降低 结晶驱动力 晶坯与液相间新增界面引起表面自由能 Gs升高 结晶阻力 总变化 2020 3 20 28 2 2 1均匀形核 临界形核半径和临界形核功r r 时 G最大 G rr 时 r G 晶胚成为稳定的晶核r 为临界形核半径 2020 3 20 29 临界形核半径 临界形核半径r 与过冷度 T成反比 T r 形核机率增大 T 0 r 无穷大 晶坯不能成为晶核 无结晶凝固 2020 3 20 30 临界形核半径 晶胚的最大尺寸rmax与过冷度 T有关 随着过冷度的增大而增大要求rmax r 则 T T 临界过冷度 2020 3 20 31 临界形核功 形成临界晶核时吉布斯自由能变化形成临界晶核时 液固两相体积自由能的下降只补偿了表面自由能升高的2 3 还有1 3的表面自由能需外界补偿 这部分为临界形核功临界形核功与过冷度平方成反比 过冷度增大 所需临界形核功显著降低 结晶越容易 2020 3 20 32 临界形核功 能量起伏液态金属中各微观区域的能量处于此起彼伏 变化不定的状态 这种微区内的能量短暂偏离其平均能量的现象即为能量起伏 是结晶的必要条件之三 形核功源于液体中的能量起伏过冷液体中存在的结构起伏和能量起伏瞬间满足晶核尺寸和形核功时 晶坯转化为晶核过冷度越大 临界形核半径和临界形核功都小 易形核 细化晶粒 应用于铸造 2020 3 20 33 形核率 单位时间单位体积液相中形成晶核数目N1 形核功因子N2 原子扩散概率因子 T G r N1 T T 扩散困难 N2 有效形核过冷度 形核率明显增加 金属 T有效 0 2Tm 2020 3 20 34 形核率 均匀形核所需的过冷度很大 表明均匀形核的难度较高 2020 3 20 35 形核率 均匀形核非常困难 除非在特殊的试验室条件下 液态金属中不会出现均匀形核 实际金属结晶时 往往在 20 的很小过冷度下就开始结晶了 并不需要均匀形核时那样大的过冷度 非均匀形核 2020 3 20 36 2 2 2非均匀形核 晶核依附于液体夹杂物的界面或型壁上形成合金液体中存在的大量高熔点微小杂质 可作为非均质形核的基底不需要形成类似于球体的晶核 只需在界面上形成一定体积的球缺便可成核非均质形核过冷度 T比均质形核临界过冷度 T 小得多时就大量成核 2020 3 20 37 2 2 2非均匀形核 2020 3 20 38 临界形核半径和形核功 形成一个球冠状晶核自由能的变化临界形核半径 同均匀形核 在同样过冷度下 非均匀晶核与均匀晶核的临界半径r 大小一样但是 非均匀形核的临界晶核的体积V要比均匀晶核的体积小得多 前者是球 后者是球冠 均匀形核时的DG 2020 3 20 39 临界形核半径和形核功 临界形核功 2020 3 20 40 临界形核半径和形核功 临界形核功 0 完全润湿 G非 0 杂质本身即为晶核 不需要形核功 晶体可以直接在已有固相表面长大 这种情况一般只出现在液 固相为同类金属时 如为了提高形核率 细化晶粒 向金属液体中加入同类金属的小颗粒 加入的小颗粒就可以直接作为结晶的核心 完全不润湿 G非 G 杂质不起作用 2020 3 20 41 临界形核半径和形核功 临界形核功0 多数情况 有一定润湿 G非 G 杂质促进形核非均匀形核比均匀形核所需的临界形核功小 相同形核率时 前者需要的过冷度小 同样的过冷度时 前者的形核率高 2020 3 20 42 临界形核半径和形核功 非均质形核与均质形核时临界曲率半径大小相同 但球缺的体积比均质形核时体积小得多 因此非均质形核在较小的过冷度下就可以得到较高的形核率 非均质形核 均质形核过冷度与形核率 2020 3 20 43 形核率影响因素 过冷度固体质点晶体结构固体质点界面形貌液体温度 2020 3 20 44 形核率影响因素 过冷度 G非 G 较小的过冷度就能迅速形核过冷度达到0 02Tm时即达到极值新相晶核覆盖基底后 非均匀形核结束 非均匀成核与均匀成核的形核率随过冷度变化 2020 3 20 45 形核率影响因素 固体质点晶体结构 越小 临界形核功 G非 越小 形核越容易基底与晶核的表面自由能越小 对形核的促进作用越大 晶格结构越相似 界面能越小 可以向液体中添加 活化剂 降低晶核与基底之间的界面能来降低 角 帮助形核 2020 3 20 46 形核率影响因素 固体质点晶体结构点阵匹配原理 固体质点与晶核结构相似 尺寸相当或其界面与晶体结构点阵匹配 可促进形核根据点阵匹配原理 往液体中加入形核剂 增加非均匀形核的形核率 细化晶粒 变质处理 如 Zr能促进Mg的非均匀形核 两者都是密排六方结构 而且点阵常数也相近 Zr的熔点远高于Mg的熔点 2020 3 20 47 形核率影响因素 固体质点界面形貌的影响凹面形成晶坯 体积最小 表面自由能增加最小 临界晶核半径小 形核效能最高形核效能 凹曲面 平面 凸曲面举例 铸型壁上的深孔或裂纹 2020 3 20 48 形核率影响因素 液相温度的影响过热度 液体实际温度与熔点温度的差值 T过热 T液 Tm对均匀形核没影响非均匀形核 T过热 N 过热度增大 杂质质点形貌发生变化过热度增大 杂质质点熔化 数量减少 2020 3 20 49 形核率影响因素 可以通过振动 搅拌 超声波处理等手段促进非均匀形核 2020 3 20 50 2 3晶核长大规律 晶核长大液体中原子迁移到晶体表面规则排列 即液固界面向液体中推移的过程 自由能不断下降 自发过程 晶体长大方式和长大速率对金属的结晶组织影响很大 2020 3 20 51 2 3晶核长大规律 晶核长大的条件足够的温度 液相原子向晶体扩散合适的晶核表面结构 接纳原子动态过冷度晶核长大所需的界面过冷度 晶体长大必要条件过冷度越大 晶体长大速率越快远小于形核所需过冷度 2020 3 20 52 2 3 1液固界面的微观结构 光滑界面原子排列较规则 两相截然分开微观界面光滑 宏观界面呈锯齿状的折线无机化合物或亚金属材料的界面 如Ga As Sb Si Se 2020 3 20 53 2 3 1液固界面的微观结构 粗糙界面微观上高低不平 粗糙 存在几个原子厚度的过渡层宏观上界面平直金属或合金的界面 如Fe Al Cu Zn Ag 2020 3 20 54 2 3 1液固界面的微观结构 粗糙界面与光滑界面是在原子尺度上的界面差别 注意要与凝固过程中固 液界面形态差别相区别 后者尺度在 m数量级 2020 3 20 56 2 3 1液固界面的微观结构 杰克逊模型判定液固界面微观结构及粗糙程度在光滑界面上任意增加原子 即界面粗糙化时 界面自由能的相对变化 GS可表示为 2020 3 20 57 2 3 1液固界面的微观结构 杰克逊模型 杰克逊因子 5 x 0或1处界面自由能最低 为液体或固体 光滑界面 多数无机非金属 2 x 0 5处界面自由能最低 液固各占一半 粗糙界面 金属和某些有机化合物 2 5 两处界面自由能最低 混合型界面 某些亚金属 Bi Sb Ga Ge Si等 2020 3 20 58 2 3 1液固界面的微观结构 动态过冷度与界面关系晶体长大所需的界面过冷度具有光滑界面的物质 其 Tk约为1 2 具有粗糙界面的物质 Tk仅为0 01 0 05 不同结构类型的界面 具有不同的长大机制 2020 3 20 59 2 3 2晶核长大机制 晶核长大机制液态原子向固相表面的添加方式与液固界面结构有关晶核长大方式 垂直长大 连续长大 粗糙界面二维长大 光滑界面晶体缺陷长大 光滑界面 2020 3 20 60 2 3 2晶核长大机制 粗糙界面垂直长大机制粗糙界面所有位置都可接纳液相原子液态原子连续 垂直向界面添加 使界面沿法线方向向液相推移 特点 长大连续 长大速度相当快 所需动态过冷度约为0 01 0 05 大多数金属晶体以这种机制长大 2020 3 20 61 2 3 2晶核长大机制 光滑界面二维长大机制由一个二维晶核 一个原子厚度的晶体小片 先在界面上形成 接着这个二维晶核侧向生长 如此反复进行 直至结晶完成 由于形成二维晶核需要形核功 这种机制的晶体长大速率很慢 特点 长大不连续 速度慢 所需的动态过冷度约为1 2 罕见 2020 3 20 62 2 3 2晶核长大机制 光滑界面晶体缺陷长大机制 侧面长大 实际光滑界面大多以晶体缺陷机制长大 尤其以螺旋位错长大最为典型当固相表面有螺型位错露头时 液体中的原子不断添加到露头位错的台阶上使晶体长大 2020 3 20 63 2 3 2晶核长大机制 光滑界面晶体缺陷长大机制特点 长大连续 速度较二维长大要快 2020 3 20 64 2 3 3晶体生长的形态 生长形态生长过程中液固界面的形态影响因素固液界面微观结构界面前沿液相中的温度梯度正温度梯度负温度梯度 2020 3 20 65 2 3 3晶体生长的形态 正温度梯度距液固界面越远的液相温度越高结晶潜热只能通过固相和铸型模壁散失负温度梯度距液固界面越远的液相温度越低结晶潜热主要通过过冷液相散失 2020 3 20 66 正温度梯度条件下生长的界面形态 液固界面向液相的推移速度受固相散热速度控制由于界面处的液体具有最大的过冷度 当界面上偶尔发生晶体凸起 就会进入温度较高的液体中 晶体生长速度立即减慢甚至停止 液 固界面保持稳定的平面形态 2020 3 20 67 正温度梯度条件下生长的界面形态 光滑界面以二维缺陷长大方式台阶状向液相平行推进粗糙界面平面状长大 液固界面与等温面平行 2020 3 20 68 负温度梯度条件下生长的界面形态 结晶潜热使液固界面温度很快升高 在液固界面前端形成负温度梯度 界面前方液体具有更大的过冷度界面某一局部凸出伸入到 T更大的液体中 生长速度加快 形成伸向液体的分支 沿着一定的晶向轴 2020 3 20 69 负温度梯度条件下生长的界面形态 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 2020 3 20 70 负温度梯度条件下生长的界面形态 71 2020 3 20 71 2 3 4晶体长大速度 长大速度晶核生长时液固界面在垂直界面方向上单位时间内迁移的距离 v表示与界面微观结构 生长方式等多种因素有关大多数金属晶体具有粗糙界面并以枝晶方式长大 具有高的长大速度 2020 3 20 72 2 3 4晶体长大速度 长大速度与过冷度的关系 金属晶体 2020 3 20 73 2 3 4晶体大小的控制 晶粒大小是衡量金属组织的重要标志晶粒大小对性能的影响 细晶强化 晶粒越细 强度 硬度 塑性 韧性越高 晶粒度晶粒的大小 用单位体积内晶粒的数目或单位面积上晶粒数目来表示 控制形核率N 长大速度G 2020 3 20 74 晶粒大小对金属性能的影响 晶粒大小可用单位面积上的晶粒数目或者晶粒平均截线长度 平均直径 来表示 纯铁晶粒大小对其强度和塑性的影响 2020 3 20 75 细化晶粒方法 增加过冷度 提高N G增大过冷度 实际上是提高金属凝固时的冷却速度 可通过采用吸热能力强 导热性能好的铸型 如金属型 以及降低熔液的浇注温度等措施来实现 适用于小件 2020 3 20 76 细化晶粒方法 变质处理浇注前往金属液中添加形核剂或长大抑制剂 促进形成大量非均匀晶核或抑制晶核长大速度以细化晶粒 改善组织 提高材料性能效果远大于增加过冷度的效果 得以广泛应用形核剂根据点阵匹配原理选择 让其本身分散或反应形成难熔化合物质点分散 2020 3 20 77 细化晶粒方法 变质处理目前工业生产中广泛使用 例如 在铝或铝合金中加入少量的钛 锆 往钢中加入钛 锆 钒等元素就可以细化晶粒 向金属或合金液体中加入同种固体颗粒 一来可以增加大量直接作为结晶核心的固相 二来可以提高冷却速度 增大过冷度 2020 3 20 78 细化晶粒方法 振动 搅拌和超声波处理加快散热提高冷却速度 促使晶核形成冲击破碎枝晶 细化的同时增加形核率 2020 3 20 79 2 4金属铸锭的组织与缺陷 铸件在实际生产中 液态金属被注入到具有一定几何形状和尺寸的铸型模具中成型得到铸件 对铸件来说 铸态组织和缺陷直接影响到它的力学性能和使用寿命铸锭若合金浇注成方或圆的 即得到铸锭 然后开坯 再通过热轧或热锻 最后机加工和热处理 对铸锭而言 铸态组织和缺陷不但影响到它的压力加工性能 而且还影响到压力加工后的金属制品的组织和性能 2020 3 20 80 2 4金属铸锭的组织与缺陷 表面细晶粒层 中间柱状晶粒层 中心等轴晶粒层 2020 3 20 81 2 4 1金属铸锭组织 表层细晶区 晶核 激冷晶粒 柱状晶粒 等轴晶粒 铸型模壁温度较低 浇注时靠近模壁处过冷度很大 加上模壁表面可以作为非均匀形核的核心 在此表层液体中立即产生大量晶核 并同时向各个方向生长 形成表面很细的等轴晶粒区组织致密 均匀 力学性能好 一般很薄 对铸锭的性能影响不大 2020 3 20 82 2 4 1金属铸锭组织 中间柱状晶区由于表层结晶时释放潜热 故细晶区前沿液体的过冷度减小 形核困难 只有己形成的晶体向液体中生长 此时热量的散失垂直于型壁 已有的晶体沿着与散热相反的方向择优生长而形成柱状晶区 2020 3 20 83 2 4 1金属铸锭组织 中心等轴晶区柱状晶区形成释放大量潜热 使散热速度进一步减慢 均匀冷却 晶核生长无方向性 同时液态金属中的杂质和枝晶碎片也集聚到中心 在杂质作用下以非均匀形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒 2020 3 20 84 2 4 2金属铸锭组织的控制 柱状晶特点组织致密在柱状晶粒的晶界常富集非金属夹杂物和低熔点杂质 形成易开裂的脆性层柱状晶粒的力学性能有方向性 造成整个柱状晶粒区的力学性能也有方向性 2020 3 20 85 2 4 1金属铸锭组织 柱状晶特点对于塑性较好的合金和有色金属 在热压力加工时 通常不会开裂 而且柱状晶粒区组织较中心等轴晶粒区组织致密 性能也较好 所以对于塑性好的金属材料铸锭 有意获得较大的柱状晶粒区 2020 3 20 86 2 4 2金属铸锭组织的控制 柱状晶控制快速冷却 定向散热 高的浇注温度等一些承受单向载荷的机械零件 如汽轮机叶片等 利用柱状晶粒轴向力学性能较高的特点 采用定向结晶以获得方向性强的柱状晶粒区 有效地提高使用性能 2020 3 20 87 2 4 2金属铸锭组织的控制 等轴晶特点无择优取向 没有脆弱的分界面 同时取向不同的晶粒彼此咬合 裂纹不易扩展 力学性能无方向性由于是最后凝固结晶 组织较疏松 致密度不如柱状晶 易生成偏析 夹杂 气孔和微缩孔等缺陷 影响其性能 2020 3 20 88 2 4 2金属铸锭组织的控制 等轴晶控制慢的冷却速度 低的浇注温度 均匀散热 变质处理以及一些物理方法 如机械或电磁的搅拌 超声波振动等 2020 3 20 89 2 4 3金属铸锭中的缺陷 缩孔疏松气孔偏析夹杂物 2020 3 20 90 缩孔 shrinkagevoid 金属凝固时体积要收缩 如果收缩时得不到液体的补充即形成缩孔可通过改变结晶时冷却条件和加冒口等来进行控制解决办法 切除 2020 3 20 91 疏松 树枝晶结晶时不能保证液体的补给而在枝晶间和枝晶内形成的细小分散的缩孔 解决方法 提高浇注时的液面 热轧过程中焊合 2020 3 20 92 气孔 bubble 金属液体比固体溶解的气体多 凝固时析出气体 此气体未及时排除形成的孔隙 铸锭中的封闭的气孔可在热加工时焊合 张开的气孔需要切除 铸件中出现气孔则只能报废 2020 3 20 93 偏析 合金中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析铸锭 件 在结晶时 由于各部位结晶先后顺序不同 合金中的低熔点元素偏聚于最终结晶区 造成宏观上的成分不均匀 称宏观偏析适当控制浇注温度和结晶速度可减轻宏观偏析 硫在钢锭中偏析的模拟结果 2020 3 20 94 夹杂物 inclusion 与金属基体成分 结构都不同的颗粒 外来夹杂物浇注时的耐火材料和未熔化的合金料内生夹杂物液体冷却过程中形成 氧化物 氮化物 硅酸盐等 在晶界 亚晶界 枝晶间隙偏聚的形成的夹杂 2020 3 20 95 2 5结晶理论的拓展与应用 定向凝固技术急冷凝固技术 2020 3 20 96 2 5 1定向凝固技术 柱状晶技术原理 通过控制散热方向和温度梯度 使凝固从铸件的一端开始 沿陡峭的温度梯度方向逐步进行 从而获得具有方向性的柱状晶关键 保持固液界面平面状推进 因此 界面前方的液相必须具有很大的正温度梯度 2020 3 20 97 2 5 1定向凝固技术 柱状晶技术工艺措施加快对已凝固固相的冷却对未凝固的液相加热 使其保持较高的温度方法快速逐步凝固法 2020 3 20 98 2 5 1定向凝固技术 单晶技术单晶体 一个晶粒组成的晶体计算机技术 激光及光通讯技术 红外遥感技术等高技术领域不可缺少的材料基本原理保证液体结晶时只形成一个晶核 并由这个晶核长成一个单晶体制备原理提高纯度 单向凝固 减慢结晶速度 2020 3 20 99 2 5 1定向凝固技术 单晶技术 尖端形核法 垂直提拉法 2020 3 20 100 2 5 1定向凝固技术 单晶叶片的高温性能最好 单向凝固叶片次之 2020 3 20 101 2 5 2急冷凝固技术 急冷凝固在比常规冷却工艺 一般不会超过102 s 过程快得多的冷却速度 例如104 109 s 下 金属或合金以极快的速度从液态转变为固态可以制成非晶态合金材料和晶粒尺寸达到微米 m 或纳米 nm 级的微晶 纳米晶合金材料这是材料科学与工程中一个较新的研究领域 2020 3 20 102 2 5 2急冷凝固技术 微晶和纳米晶金属晶粒尺寸达微米 m 或