纯金属的结晶要点PPT课件

1、第二章第二章 纯金属的结晶纯金属的结晶u物质由液态到固态的转变过程称为凝固。物质由液态到固态的转变过程称为凝固。u如果液态转变为结晶态的固体，这个过程称为结晶。如果液态转变为结晶态的固体，这个过程称为结晶。u金属及合金的生产、制备一般都要经过熔炼与铸造，通过金属及合金的生产、制备一般都要经过熔炼与铸造，通过熔炼，得到要求成分的液态金属，浇注在铸型中，凝固后熔炼，得到要求成分的液态金属，浇注在铸型中，凝固后获得铸锭或成型的铸件，铸锭再经过冷热变形以制成各种获得铸锭或成型的铸件，铸锭再经过冷热变形以制成各种型材、棒材、板材和线材。型材、棒材、板材和线材。u金属及合金的结晶组织对其性能以及随后的加工

2、有很大的金属及合金的结晶组织对其性能以及随后的加工有很大的影响，而结晶组织的形成与结晶过程密切相关。影响，而结晶组织的形成与结晶过程密切相关。第第1页页/共共54页页第一节第一节 金属结晶的现象金属结晶的现象图 结晶示意图第第2页页/共共54页页第第3页页/共共54页页图图 纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线u从温度从温度时间曲线（冷却时间曲线（冷却曲线）可见，纯金属结晶曲线）可见，纯金属结晶有两个宏观现象：有两个宏观现象：过冷过冷和和恒温恒温。u纯金属的实际凝固温度纯金属的实际凝固温度Tn总比其熔点总比其熔点Tm低，这种现低，这种现象叫做过冷。象叫做过冷。uTm与与Tn的差值的差值T叫做过叫做过冷

3、冷度。度。结晶的过冷现象：结晶的过冷现象：2.1.1结晶过程的宏观现象结晶过程的宏观现象第第4页页/共共54页页u不同金属的过冷倾向不同，同一种金属的过冷度也不是恒不同金属的过冷倾向不同，同一种金属的过冷度也不是恒定值，它将随实验条件而变。冷却速度增大，会使金属凝固定值，它将随实验条件而变。冷却速度增大，会使金属凝固时的过冷度增大。时的过冷度增大。u过冷是金属凝固的必要条件。过冷是金属凝固的必要条件。 u金属由液体冷凝成固体时要放出凝固潜热，如果这一部分金属由液体冷凝成固体时要放出凝固潜热，如果这一部分热量恰好能补偿系统向环境散失的热量，凝固将在恒温下进热量恰好能补偿系统向环境散失的热量，凝固

4、将在恒温下进行。行。u纯金属结晶的两个宏观现象就是纯金属结晶的两个宏观现象就是过冷和恒温。过冷和恒温。第第5页页/共共54页页u结晶潜热结晶潜热u相变潜热：相变潜热：1mol1mol物质从一个相转变为另一个相物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。u熔化潜热：金属熔化时从固相转变为液相所吸熔化潜热：金属熔化时从固相转变为液相所吸收的热量。收的热量。u结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相所放结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相所放出的热量。出的热量。第第6页页/共共54页页图 金属气态、液态和固态的原子排列示意图 2.1.2金属结

5、晶的微观现象金属结晶的微观现象第第7页页/共共54页页u当液态金属冷却到熔点当液态金属冷却到熔点Tm以下的某一温度开始结晶时，以下的某一温度开始结晶时，在液体中首先形成一些稳定的微小晶体，称为在液体中首先形成一些稳定的微小晶体，称为晶核晶核。随后。随后这些晶核逐渐长大，与此同时，在液态金属中又形成一些这些晶核逐渐长大，与此同时，在液态金属中又形成一些新的稳定的晶核并长大。这一过程一直延续到液体全部耗新的稳定的晶核并长大。这一过程一直延续到液体全部耗尽为止，形成了固态金属的晶粒组织。尽为止，形成了固态金属的晶粒组织。u单位时间、单位液态金属中形成的晶核数叫做形核率，用单位时间、单位液态金属中形成

6、的晶核数叫做形核率，用N表示，单位为表示，单位为cm-3s-1。单位时间内晶核增长的线长度叫做。单位时间内晶核增长的线长度叫做长大速度，用长大速度，用u表示，单位为表示，单位为cms-1。 u液态金属的结晶过程乃是由液态金属的结晶过程乃是由形核和长大形核和长大两个基本过程所组两个基本过程所组成，并且这两个过程是同时并进的。成，并且这两个过程是同时并进的。第第8页页/共共54页页图 金属结晶过程示意图 第第9页页/共共54页页TSHGSdTVdpdGSdTdGu压力可视为常数，压力可视为常数，dp=0dp=0 u温度升高，原子活动能力提高，因而原子排列的混乱程度温度升高，原子活动能力提高，因而原

7、子排列的混乱程度增加，即熵值增加，系统的自由能随温度的升高而降低。增加，即熵值增加，系统的自由能随温度的升高而降低。结晶的热力学条件：结晶的热力学条件：热力学指出，金属的状态不同，则其自由能也不同。热力学指出，金属的状态不同，则其自由能也不同。第二节第二节 金属结晶的热力学条件金属结晶的热力学条件第第10页页/共共54页页图图 吉布斯自由能随温度变化的关系吉布斯自由能随温度变化的关系 uTTm,GLGS,处于处于液态；液态；uT=Tm,GL=GS,两相两相共存；共存；uTGS,处于处于固相。液固两相的自固相。液固两相的自由能差是发生相转变由能差是发生相转变（L-S）的驱动力。）的驱动力。第第1

8、1页页/共共54页页LSVGGGTSHG)(LLSSVTSHTSHGSTHHSSTHHSLLSLS)()(mfVmfSLTHSGTTHHH，时，为熔化潜热，0mfmmfmffVTTHTTTHTHTHG）（u当液相向固相转变时，单位体积自由能当液相向固相转变时，单位体积自由能GGv v的变化为：的变化为： 即GV与T呈直线关系，过冷度越大，液态和固态的自由能差值越大，相变驱动力越大，凝固过程加快。第第12页页/共共54页页u结构起伏：结构起伏：u液态金属中的原子小集团时聚时散，时起时伏，此起彼伏，液态金属中的原子小集团时聚时散，时起时伏，此起彼伏，处在不断变化和运动过程中。处在不断变化和运动过程

9、中。u在每一温度下出现的相起伏存在着一个极限值在每一温度下出现的相起伏存在着一个极限值rmax， r rmaxmax的尺的尺寸大小与温度有关。温度越高，则寸大小与温度有关。温度越高，则r rmaxmax尺寸越小；温度越低，尺寸越小；温度越低， r rmaxmax尺寸越大。尺寸越大。u只有在过冷液体中出现的尺寸较大的相起伏才有可能在结晶只有在过冷液体中出现的尺寸较大的相起伏才有可能在结晶时转变称为晶核，这些相起伏就是晶核的胚芽，称为晶胚。时转变称为晶核，这些相起伏就是晶核的胚芽，称为晶胚。u液态金属的一个重要特点是存在着相起伏，只有在过冷液体液态金属的一个重要特点是存在着相起伏，只有在过冷液体中

10、的相起伏才能称为晶胚。中的相起伏才能称为晶胚。第三节第三节 金属结晶的结构条件金属结晶的结构条件第第13页页/共共54页页第四节第四节 晶核的形成晶核的形成u自发形核自发形核( (均匀形核均匀形核) )：在液态金属中，在液态金属中，存在大量尺寸不同的短程有序的原子集存在大量尺寸不同的短程有序的原子集团。当温度降到结晶温度以下时，短程团。当温度降到结晶温度以下时，短程有序的原子集团变得稳定，不再消失，有序的原子集团变得稳定，不再消失，成为结晶核心。这个过程叫自发形核。成为结晶核心。这个过程叫自发形核。u非自发形核（非均匀形核）：非自发形核（非均匀形核）：实际金属实际金属内部往往含有许多其它杂质。

11、当液态金内部往往含有许多其它杂质。当液态金属降到一定温度后，有些杂质可附着金属降到一定温度后，有些杂质可附着金属原子，成为结晶核心，这个过程叫非属原子，成为结晶核心，这个过程叫非自发形核。自发形核。图 均匀形核图 非均匀形核第第14页页/共共54页页u1. 形核时的能量变化和临界晶核半径形核时的能量变化和临界晶核半径u在液态金属中，时聚时散的近程有序的原子集团是形成晶在液态金属中，时聚时散的近程有序的原子集团是形成晶核的胚芽，叫晶胚。核的胚芽，叫晶胚。u等于或大于临界尺寸的晶胚即为晶核。等于或大于临界尺寸的晶胚即为晶核。u在过冷条件下，晶胚形成时，系统自由能变化包括体积自在过冷条件下，晶胚形成

12、时，系统自由能变化包括体积自由能的下降和表面能的增加。由能的下降和表面能的增加。SVGGV23434rGrGV2.4.1均匀形核均匀形核第第15页页/共共54页页图 晶胚形成时系统自由能的变化与半径的关系第第16页页/共共54页页vrrk，其进一步长大将导致体系，其进一步长大将导致体系总自由能增加，因此这种晶胚不能总自由能增加，因此这种晶胚不能成为晶核，会重新熔化；成为晶核，会重新熔化；vrrk，其进一步长大将导致体系，其进一步长大将导致体系自由能减小，因此半径大于自由能减小，因此半径大于rk的晶的晶胚能够成为晶核；胚能够成为晶核；vr=rk，其长大的趋势和熔化的趋，其长大的趋势和熔化的趋势相

13、等。势相等。v把半径恰为把半径恰为rk的晶核称为临界晶的晶核称为临界晶核，而核，而rk称为晶核的临界半径。称为晶核的临界半径。第第17页页/共共54页页23434rGrGVrGrdrGdV8420drGdmfVTTHGTHTrfmk2随着过冷度随着过冷度的增加，临的增加，临界晶核半径界晶核半径减小，形核减小，形核的几率增加。的几率增加。第第18页页/共共54页页u2.形核功形核功ur rk的晶核长大的晶核长大时，虽然可以使系统自由能下降，但形成时，虽然可以使系统自由能下降，但形成一个临界晶核本身要引起系统自由能增加一个临界晶核本身要引起系统自由能增加Gk，说明临界，说明临界晶核的形成是需要能量

14、的。晶核的形成是需要能量的。VkGr223434rGrGVkfmVkSTHTGG31)(316)(31622323u形成临界晶核时，液、固两相之间的自由能差只提供所需形成临界晶核时，液、固两相之间的自由能差只提供所需要的表面能的三分之二，另外的三分之一则需由液体中的能要的表面能的三分之二，另外的三分之一则需由液体中的能量起伏来提供。量起伏来提供。第第19页页/共共54页页u所谓能量起伏是指体系中微小体积所具有的能量偏离体系所谓能量起伏是指体系中微小体积所具有的能量偏离体系的平均能量，而且微小体积的能量处于时起时伏，此起彼伏的平均能量，而且微小体积的能量处于时起时伏，此起彼伏状态的现象。状态的现

15、象。u能量起伏包括两个含义：能量起伏包括两个含义：一是在瞬时，各微观体积的一是在瞬时，各微观体积的能量不同，二是对某一微观能量不同，二是对某一微观体积，在不同瞬时，能量分体积，在不同瞬时，能量分布不同。在具有高能量的微布不同。在具有高能量的微观地区生核，可以全部补偿观地区生核，可以全部补偿表面能，使表面能，使G0。 图 液相的能量起伏 第第20页页/共共54页页u液态金属的结构是短程有序、长程无序。液态金属的结构是短程有序、长程无序。u由于原子的热运动，它们只能维持短暂的时间很快就消失，由于原子的热运动，它们只能维持短暂的时间很快就消失，同时在其它地方又会出现新的尺寸不等的规则排列的原子团，同

16、时在其它地方又会出现新的尺寸不等的规则排列的原子团，然后又立即消失。然后又立即消失。u液态金属中的规则排列的原子团总是处于时起时伏，此起液态金属中的规则排列的原子团总是处于时起时伏，此起彼伏的变化之中，人们把液态金属中这种规则排列原子团的彼伏的变化之中，人们把液态金属中这种规则排列原子团的起伏现象称为相起伏或结构起伏。起伏现象称为相起伏或结构起伏。u相起伏是产生晶核的基础。当把金属熔液过冷到熔点以下相起伏是产生晶核的基础。当把金属熔液过冷到熔点以下时，这种规则排列的原子团被冻结下来，成为规则排列的固时，这种规则排列的原子团被冻结下来，成为规则排列的固相，就有可能成为均匀形核的胚芽，故称为晶胚。

17、相，就有可能成为均匀形核的胚芽，故称为晶胚。第第21页页/共共54页页图 临界晶核半径（a）和最大晶胚尺寸（b）与过冷度的关系uT =Tk时，时， rmax=rk ，最大晶核刚好能够转变为晶核，最大晶核刚好能够转变为晶核，把这样的过冷度称为临界过冷度。把这样的过冷度称为临界过冷度。u过冷度必须大于形核所需要的临界过冷度，这是结晶的动过冷度必须大于形核所需要的临界过冷度，这是结晶的动力学条件。力学条件。第第22页页/共共54页页思考题思考题v试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。件。v分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力

18、学条分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力学条件为件为G0。只有过冷，才能使。只有过冷，才能使G0。v动力学条件为液相的过冷度必须大于形核所需的临界过冷动力学条件为液相的过冷度必须大于形核所需的临界过冷度。度。v由临界晶核形成功可知，当形成临界晶核时，还有由临界晶核形成功可知，当形成临界晶核时，还有1/3的的表面能必须内液体中的能量起伏来提供。表面能必须内液体中的能量起伏来提供。v 液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础，因液体中存在的结构起伏，是结晶时产生晶核的基础，因此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。此，结构起伏是结晶过程必须具备的结构条件。第第23页页/共共54页页

19、u3.形核率形核率u形核率受两个互相矛盾的因素控制：形核率受两个互相矛盾的因素控制：u一方面从热力学考虑，过冷度愈大，晶核的临界半径及临一方面从热力学考虑，过冷度愈大，晶核的临界半径及临界形核功愈小，因而需要的能量起伏小，则形核率愈高；界形核功愈小，因而需要的能量起伏小，则形核率愈高；u但另一方面从动力学考虑，过冷度愈大，原子活动能力愈但另一方面从动力学考虑，过冷度愈大，原子活动能力愈小，原子从液相转移到临界晶核上的几率减小，不利于稳定小，原子从液相转移到临界晶核上的几率减小，不利于稳定晶核形成，则形核率愈低。晶核形成，则形核率愈低。u综合考虑上述两个方面，形核率可用下式表示：综合考虑上述两个

20、方面，形核率可用下式表示：uN NN N1 1N N2 2 u式中式中N为总的形核率，为总的形核率，N1为受形核功影响的形核率因子，为受形核功影响的形核率因子，N2为受原子扩散影响的形核率因子。为受原子扩散影响的形核率因子。 第第24页页/共共54页页图 温度对N1、N2的影响（a）和形核率与温度的关系（b） 第第25页页/共共54页页图 不同结晶温度下r和G的关系第第26页页/共共54页页图 非均匀形核示意图 THTGrfmLVLk222.4.2 非均匀形核非均匀形核u1.临界晶核半径和形核功临界晶核半径和形核功第第27页页/共共54页页）（4coscos323kkGG图 不同润湿角的晶核形

21、貌 v当当0时，则时，则 0，说明固体杂质或型壁可作为现成晶，说明固体杂质或型壁可作为现成晶核，这是无核长大的情况，如图核，这是无核长大的情况，如图a所示。所示。v当当时，则时，则 。v当当 0时，时， ，这便是非均匀形核的条件，如，这便是非均匀形核的条件，如图图b所示。所示。kGkkGGkkGG第第28页页/共共54页页v非均匀形核时的形核率表达式与均匀形核相似。只是由非均匀形核时的形核率表达式与均匀形核相似。只是由于于 ，所以非均匀形核可在较小过冷度下获得较高的形核，所以非均匀形核可在较小过冷度下获得较高的形核率。率。v非均匀形核的最大形核率小于均匀形核。其原因是非均匀形核非均匀形核的最大

22、形核率小于均匀形核。其原因是非均匀形核需要合适的需要合适的“基底基底”，而基底数量是有限的，当新相晶核很快地，而基底数量是有限的，当新相晶核很快地覆盖基底时，使适合新相形核的基底大为减少。覆盖基底时，使适合新相形核的基底大为减少。v不是任何固体杂质均能作为非均匀形核的基底促进非均匀形核。不是任何固体杂质均能作为非均匀形核的基底促进非均匀形核。只有那些与晶核的晶体结构相似，点阵常数相近的固体杂质才能只有那些与晶核的晶体结构相似，点阵常数相近的固体杂质才能促进非均匀形核，这样可以减小固体杂质与晶核之间的表面张力，促进非均匀形核，这样可以减小固体杂质与晶核之间的表面张力，从而减小从而减小角以减小角以

23、减小 。u2.形核率形核率kkGGG第第29页页/共共54页页图非均匀形核功与均匀形核功对比的示意图kGGkG第第30页页/共共54页页图 均匀形核率和非均匀形核率随过冷度变化的对比 第第31页页/共共54页页第五节第五节 晶核长大晶核长大图 液-固界面上的原子迁移 v一旦核心形成后，晶核就继续长大而形成晶粒。一旦核心形成后，晶核就继续长大而形成晶粒。v系统总自由能随晶体体积的增加而下降是晶体长大的系统总自由能随晶体体积的增加而下降是晶体长大的驱动力。晶体的长大过程可以看作是液相中原子向晶核驱动力。晶体的长大过程可以看作是液相中原子向晶核表面迁移、液表面迁移、液- -固界面向液相不断推进的过程

24、。固界面向液相不断推进的过程。第第32页页/共共54页页u固固-液界面液界面(Solid-liquid interface)按微观结构可以分为光滑按微观结构可以分为光滑界面界面(Smooth interface)和粗糙界面和粗糙界面(Rough interface)两种。两种。u所谓光滑界面是指固相表面为基本完整的原子密排面，固所谓光滑界面是指固相表面为基本完整的原子密排面，固液两相截然分开，从微观上看界面是光滑的。但是从宏观来液两相截然分开，从微观上看界面是光滑的。但是从宏观来看，界面呈锯齿状的折线。看，界面呈锯齿状的折线。u粗糙界面在微观上高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的粗糙界面在微观上

25、高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的过渡层。但是宏观上看，界面反而是平直的。过渡层。但是宏观上看，界面反而是平直的。u光滑界面和粗糙界面是根据光滑界面和粗糙界面是根据微观结构微观结构进行分类的，光滑界进行分类的，光滑界面在微观上是光滑的，在宏观上是粗糙的；粗糙界面在微观面在微观上是光滑的，在宏观上是粗糙的；粗糙界面在微观上是粗糙的，在宏观上是光滑的。上是粗糙的，在宏观上是光滑的。2.5.1 固液界面的微观结构固液界面的微观结构第第33页页/共共54页页图 光滑界面（a）和粗糙界面（b）的微观和宏观结构示意图第第34页页/共共54页页u晶体长大机制是指在结晶过程晶体结晶面的生长方式，晶体长大机制是

26、指在结晶过程晶体结晶面的生长方式，与其液与其液-固相界面的结构有关。固相界面的结构有关。2.5.2 晶体长大机制晶体长大机制u1.1.具有粗糙界面的物质的长大机制具有粗糙界面的物质的长大机制u2.2.具有光滑界面的物质的长大机制具有光滑界面的物质的长大机制第第35页页/共共54页页u1.具有粗糙界面的物质的长大机制具有粗糙界面的物质的长大机制u具有粗糙界面的物质，液具有粗糙界面的物质，液-固相界面上有大约一半的原子固相界面上有大约一半的原子位置是空的，液相中的原子可随机地添加在界面的空位置位置是空的，液相中的原子可随机地添加在界面的空位置上而成为固相原子。晶体的这种生长方式称为垂直生长机上而成

27、为固相原子。晶体的这种生长方式称为垂直生长机制，其长大速度很快。制，其长大速度很快。 图 晶体的垂直长大方式示意图 第第36页页/共共54页页v2.具有光滑界面的物质的长大机制具有光滑界面的物质的长大机制v（1 1）二维晶核台阶生长模型）二维晶核台阶生长模型v首先在平整界面上通过均匀形核形成一个具有单原子厚度首先在平整界面上通过均匀形核形成一个具有单原子厚度的二维晶核，然后液相中的原子不断地依附在二维晶核周围的二维晶核，然后液相中的原子不断地依附在二维晶核周围的台阶上，使二维晶核很快地向四周横向扩展而覆盖了整个的台阶上，使二维晶核很快地向四周横向扩展而覆盖了整个晶体表面，此时便又变成了光滑界面

28、。接着在新的界面上又晶体表面，此时便又变成了光滑界面。接着在新的界面上又形成新的二维晶核，并向横向扩展而长满一层。形成新的二维晶核，并向横向扩展而长满一层。v晶体以这种方式长大时，其长大速度十分缓慢。晶体以这种方式长大时，其长大速度十分缓慢。第第37页页/共共54页页图 二维晶核长大示意图 第第38页页/共共54页页v（2 2）晶体缺陷台阶生长机制晶体缺陷台阶生长机制v 由于二维晶核的形成需要一定的形核功，因而需要较强由于二维晶核的形成需要一定的形核功，因而需要较强的过冷条件的过冷条件，长大速率很慢，长大速率很慢。v如果结晶过程中，在晶体表面存在着垂直于界面的螺位错如果结晶过程中，在晶体表面存

29、在着垂直于界面的螺位错露头，那么液相原子或二维晶核就会优先附在这些地方。液露头，那么液相原子或二维晶核就会优先附在这些地方。液相原子不断地添加到由螺位错露头形成的台阶上，界面以台相原子不断地添加到由螺位错露头形成的台阶上，界面以台阶机制生长和按螺旋方式连续地扫过界面，在成长的界面上阶机制生长和按螺旋方式连续地扫过界面，在成长的界面上将形成螺旋新台阶。这种生长是连续的。将形成螺旋新台阶。这种生长是连续的。第第39页页/共共54页页图 螺型位错长大机制 第第40页页/共共54页页图 螺旋长大的SiC晶体第第41页页/共共54页页u纯金属凝固时晶体的生长形态取决于界面的微观结构和界纯金属凝固时晶体的

30、生长形态取决于界面的微观结构和界面前沿液相中的温度分布。面前沿液相中的温度分布。图 两种温度分布方式(a) 正温度梯度 (b) 负温度梯度 2.5.3 固液界面前沿液体中的温度梯度固液界面前沿液体中的温度梯度第第42页页/共共54页页思考题思考题v为什么会出现负的温度梯度？为什么会出现负的温度梯度？v 液态金属在铸模中凝固时，往往由于模壁温度比较低，使液态金属在铸模中凝固时，往往由于模壁温度比较低，使靠近模壁的液体首先过冷而凝固。而在铸模中心的液体温度靠近模壁的液体首先过冷而凝固。而在铸模中心的液体温度最高，液体的热量和结晶潜热通过固相和模壁传导而迅速散最高，液体的热量和结晶潜热通过固相和模壁

31、传导而迅速散出，这样就造成了液出，这样就造成了液-固相界面前沿液体的温度分布为正的固相界面前沿液体的温度分布为正的温度梯度。温度梯度。 v在缓慢冷却条件下，液体内部的温度分布比较均匀并同时在缓慢冷却条件下，液体内部的温度分布比较均匀并同时过冷到某一温度。这时在模壁上的液体首先开始形核长大，过冷到某一温度。这时在模壁上的液体首先开始形核长大，液液-固相界面上所产生的结晶潜热将同时通过固相和液相传固相界面上所产生的结晶潜热将同时通过固相和液相传导散出，这样使得界面前沿的液体中产生负的温度梯度。导散出，这样使得界面前沿的液体中产生负的温度梯度。 第第43页页/共共54页页第六节第六节 结晶理论的某些

32、实际应用结晶理论的某些实际应用第第44页页/共共54页页2.6.1晶粒大小的控制晶粒大小的控制u1.表示：晶粒的大小，通常用单位体积中的晶粒数或近表示：晶粒的大小，通常用单位体积中的晶粒数或近似的把晶粒看成球体，用它们的平均直径来衡量，称作似的把晶粒看成球体，用它们的平均直径来衡量，称作晶粒度晶粒度。u2.晶粒度主要取决于形核率与晶核的长大速度。晶粒度主要取决于形核率与晶核的长大速度。u3.控制晶粒大小的途径：控制晶粒大小的途径： 增加过冷度；变质处理；振动搅拌增加过冷度；变质处理；振动搅拌第第45页页/共共54页页u细化晶粒的好处：提高强度、硬度、塑性和韧性。细化晶粒的好处：提高强度、硬度、

33、塑性和韧性。u工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强工业上将通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。化。u细化铸件晶粒的基本途径：形成足够多的晶核，使它们在细化铸件晶粒的基本途径：形成足够多的晶核，使它们在尚未显著长大时便相互接触，完成结晶过程。尚未显著长大时便相互接触，完成结晶过程。u大的形核率以保证单位时间、单位体积液体中形成更多的大的形核率以保证单位时间、单位体积液体中形成更多的晶核。要求结晶时有小的长大线速度以保证有更长的形核时晶核。要求结晶时有小的长大线速度以保证有更长的形核时间。间。 第第46页页/共共54页页第第47页页/共共54页页v1.提高过冷度提高过冷度v过冷度增加，形核率过冷度增加，形核率N与长大线速度与长大线速度G均增加，但形核率均增加，但形核率增加速度高于