纯金属的结晶要点学习教案

1、会计学1纯金属的结晶纯金属的结晶(jijng)要点要点第一页，共55页。第1页/共54页第二页，共55页。图 结晶(jijng)示意图第2页/共54页第三页，共55页。第3页/共54页第四页，共55页。图图 纯铁的冷却曲线纯铁的冷却曲线u从温度从温度时间时间(shjin)曲曲线（冷却曲线）可见，纯线（冷却曲线）可见，纯金属结晶有两个宏观现象：金属结晶有两个宏观现象：过冷和恒温。过冷和恒温。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，这种低，这种现象叫做过冷。现象叫做过冷。uTm与与Tn的差值的差值T叫做叫做过冷度。过冷度。结晶(jijng)的过冷现象：2.1.1结

2、晶过程的宏观现象第4页/共54页第五页，共55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定值，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，会使金属凝固时的过冷度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。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金属由液体冷凝成固体时要放出凝固潜热(qinr)(qinr)，如果这一，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，凝固将在恒温下进行。行。u纯金属结晶的两个

3、宏观现象就是过冷和恒温。纯金属结晶的两个宏观现象就是过冷和恒温。第5页/共54页第六页，共55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个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。潜热。u熔化熔化(rnghu)(rnghu)潜热：金属熔化潜热：金属熔化(rnghu)(rnghu)时从固相转变为液相所吸收的热量。时从固相转变为液相所吸收的热量。u结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相结晶潜热：金属结晶时从液相转变为固相所放出的热量。所放出的热量。第6页/共54页第七页，共55页。图 金属气态、液态和

4、固态的原子排列示意图 2.1.2金属结晶的微观现象第7页/共54页第八页，共55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，在液体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，称为晶核。随后这些中首先形成一些稳定的微小晶体，称为晶核。随后这些(zhxi)晶晶核逐渐长大，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尽为止，形成了固态金属并长大。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。的晶粒组织。u单位时间、单位液态金属中形成的晶核数

5、叫做形核率，用单位时间、单位液态金属中形成的晶核数叫做形核率，用N表示，表示，单位为单位为cm-3s-1。单位时间内晶核增长的线长度叫做长大速度，用。单位时间内晶核增长的线长度叫做长大速度，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形核和长大两个基本过程所组成，并液态金属的结晶过程乃是由形核和长大两个基本过程所组成，并且这两个过程是同时并进的。且这两个过程是同时并进的。第8页/共54页第九页，共55页。图 金属结晶过程示意图 第9页/共54页第十页，共55页。TSHGSdTVdpdGSdTdGu压力可视为常数，压力可视为常数，dp=0 dp=0 u温度升高，原子活动能

6、力提高，因而原子排列的混乱程度增温度升高，原子活动能力提高，因而原子排列的混乱程度增加加(zngji)(zngji)，即熵值增加，即熵值增加(zngji)(zngji)，系统的自由能随温度的，系统的自由能随温度的升高而降低。升高而降低。结晶的热力学条件：热力学指出，金属热力学指出，金属(jnsh)(jnsh)的状态不同，则其自由能也不同。的状态不同，则其自由能也不同。第10页/共54页第十一页，共55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。液固两相的自由固相。

7、液固两相的自由(zyu)能差是发生相转能差是发生相转变（变（L-S）的驱动力。）的驱动力。第11页/共54页第十二页，共55页。LSVGGGTSHG)(LLSSVTSHTSHGSTHHSSTHHSLLSLS)()(mfVmfSLTHSGTTHHH，时，为熔化潜热，0mfmmfmffVTTHTTTHTHTHG）（u当液相向固相转变时，单位体积当液相向固相转变时，单位体积(tj)自由能自由能Gv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(guchng)加快。第12页/共54页第十三页，共55页。u结构结构(jigu)起伏：起伏：u液

8、态金属中的原子小集团时聚时散，时起时伏，此起彼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。伏，处在不断变化和运动过程中。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， rmax的尺寸大小与温度有关。温度越高，则的尺寸大小与温度有关。温度越高，则rmax尺寸越尺寸越小；温度越低，小；温度越低， rmax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，称为结晶时转变称为晶核，这些相起伏就是晶核的胚芽，称为

9、晶胚。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，只有在过冷液体中的相起伏才能称为晶胚。液体中的相起伏才能称为晶胚。第13页/共54页第十四页，共55页。u自发形核自发形核( (均匀形核均匀形核) )：在液态金属中，存在：在液态金属中，存在大量尺寸不同的短程有序的原子集团。当温度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，短程有序的原子集团变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，成为结晶核心。这个过程得稳定，不再消失，成为结晶核心。这个过程(guchng)(guchng)叫自发形核。叫自发形核。u非自发形核（

10、非均匀形核）：实际金属内部非自发形核（非均匀形核）：实际金属内部往往含有许多其它杂质。当液态金属降到一定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原子，成为结晶温度后，有些杂质可附着金属原子，成为结晶核心，这个过程核心，这个过程(guchng)(guchng)叫非自发形核。叫非自发形核。图 均匀形核图 非均匀形核第14页/共54页第十五页，共55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核在液态金属中，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。的胚芽，叫晶胚。u等于或大于临界尺

11、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在过冷条件下，晶胚形成时，系统自由能变化包括(boku)体积自由能的下降和表面能的增加。体积自由能的下降和表面能的增加。SVGGV23434rGrGV2.4.1均匀形核第15页/共54页第十六页，共55页。图 晶胚形成时系统自由能的变化(binhu)与半径的关系第16页/共54页第十七页，共55页。vrrk，其进一步长大将导致体系总自，其进一步长大将导致体系总自由能增加，因此这种晶胚不能成为晶核，由能增加，因此这种晶胚不能成为晶核，会重新熔化；会重新熔化；vrrk，其进一步长大将导致体系自由，其进

12、一步长大将导致体系自由能减小，因此半径能减小，因此半径(bnjng)大于大于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势相，其长大的趋势和熔化的趋势相等。等。v把半径把半径(bnjng)恰为恰为rk的晶核称为临的晶核称为临界晶核，而界晶核，而rk称为晶核的临界半径称为晶核的临界半径(bnjng)。第17页/共54页第十八页，共55页。23434rGrGVrGrdrGdV8420drGdmfVTTHGTHTrfmk2随着过冷度的增加(zngji)，临界晶核半径减小，形核的几率增加(zngji)。第18页/共54页第十九页，共55页。u2.形核功形核功urrk的

13、晶核长大时，虽然可以使系统自由能下降，但形成的晶核长大时，虽然可以使系统自由能下降，但形成一个一个(y )临界晶核本身要引起系统自由能增加临界晶核本身要引起系统自由能增加Gk，说明，说明临界晶核的形成是需要能量的。临界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要的表面能的三分之二，另外的三分之一则需由液体(yt)中中的能量起伏来提供。的能量起伏来提供。第19页/共54页第二十页，共

14、55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的平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，而且均能量，而且(r qi)(r qi)微小体积的能量处于时起时伏，此起彼伏微小体积的能量处于时起时伏，此起彼伏状态的现象。状态的现象。u能量起伏包括两个能量起伏包括两个(lin )(lin )含义：一是在瞬时，各微观体含义：一是在瞬时，各微观体积的能量不同，二是对某一微积的能量不同，二是对某一微观体积，在不同瞬时，能量分观体积，在不同瞬时，能量分布不同。在具有高能量的微观布不同。在具有高能量的微观地区生核，可以全部补偿表面地区生核，可以全部补偿表面能，使能，使GG0

15、0。 图 液相的能量起伏 第20页/共54页第二十一页，共55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，它们只能由于原子的热运动，它们只能(zh nn)(zh nn)维持短暂的时间很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，然后又立即消失。的原子团，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，此起彼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起伏伏的变化之中，人们把液态金

16、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。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时，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，成为规则排列的固相，就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。有可能成为均匀形核的胚芽，故称为晶胚。第21页/共54页第二十二页，共55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，最大晶核刚好能够(nnggu)转变转变为晶核，把这样的过冷度称为临界过冷

17、度。为晶核，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，这是结晶的动力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。学条件。第22页/共54页第二十三页，共55页。v试述结晶相变的热力学条件试述结晶相变的热力学条件(tiojin)、动力学条件、动力学条件(tiojin)、能、能量及结构条件量及结构条件(tiojin)。v分析结晶相变时系统自由能的变化可知，结晶的热力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

18、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此，结构起伏是结晶过程(guchng)必须具备的结构条件。必须具备的结构条件。第23页/共54页第二十四页，共55页。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一方面从热力学考虑(kol)，过冷度愈大，晶核的临界半径及

19、，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；临界形核功愈小，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但另一方面从动力学考虑(kol)，过冷度愈大，原子活动能力，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，不利于稳定晶愈小，原子从液相转移到临界晶核上的几率减小，不利于稳定晶核形成，则形核率愈低。核形成，则形核率愈低。u综合考虑综合考虑(kol)上述两个方面，形核率可用下式表示：上述两个方面，形核率可用下式表示：uNN1N2 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

20、率因子，N2为为受原子扩散影响的形核率因子。受原子扩散影响的形核率因子。 第24页/共54页第二十五页，共55页。图 温度对N1、N2的影响（a）和形核率与温度的关系（b） 第25页/共54页第二十六页，共55页。图 不同结晶温度下r和G的关系第26页/共54页第二十七页，共55页。图 非均匀形核示意图 THTGrfmLVLk222.4.2 非均匀形核u1.临界临界(ln ji)晶核半径和形核功晶核半径和形核功第27页/共54页第二十八页，共55页。）（4coscos323kkGG图 不同润湿角的晶核形貌 v当当0时，则时，则 0，说明固体杂质或型壁可作为现成，说明固体杂质或型壁可作为现成(x

21、inchng)晶核，这是无核长大的情况，如图晶核，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，如图，这便是非均匀形核的条件，如图b所所示。示。kGkkGGkkGG第28页/共54页第二十九页，共55页。v非均匀形核时的形核率表达式与均匀形核相似。只是由于非均匀形核时的形核率表达式与均匀形核相似。只是由于 ，所，所以非均匀形核可在较小过冷度下获得较高的形核率。以非均匀形核可在较小过冷度下获得较高的形核率。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需要合适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需要合适的的“

22、基底基底(j d)”(j d)”，而基底，而基底(j d)(j d)数量是有限的，当新相晶核很快地覆数量是有限的，当新相晶核很快地覆盖基底盖基底(j d)(j d)时，使适合新相形核的基底时，使适合新相形核的基底(j d)(j d)大为减少。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不是任何固体杂质均能作为非均匀形核的基底(j d)(j d)促进非均匀形核。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促进非均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，从而减小匀形核，这样可以减小固体杂质

23、与晶核之间的表面张力，从而减小角以角以减小减小 。u2.形核率形核率kkGGG第29页/共54页第三十页，共55页。图非均匀形核功与均匀形核功对比的示意图kGGkG第30页/共54页第三十一页，共55页。图 均匀形核率和非均匀形核率随过冷度变化的对比 第31页/共54页第三十二页，共55页。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驱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动力。晶体的长大过程可以看作是液相中原子(yunz)(y

24、unz)向向晶核表面迁移、液晶核表面迁移、液- -固界面向液相不断推进的过程。固界面向液相不断推进的过程。第32页/共54页第三十三页，共55页。u固固- -液界面液界面(Solid-liquid interface)(Solid-liquid interface)按微观结构可以分按微观结构可以分为光滑为光滑(gung hu)(gung hu)界面界面(Smooth interface)(Smooth interface)和粗糙界面和粗糙界面(Rough interface)(Rough interface)两种。两种。u所谓光滑所谓光滑(gung hu)(gung hu)界面是指固相表面为基

25、本完整的原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子密排面，固液两相截然分开，从微观上看界面是光滑(gung hu)(gung hu)的。但是从宏观来看，界面呈锯齿状的折线。的。但是从宏观来看，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光滑光滑(gung hu)(gung hu)界面和粗糙界面是根据微观结构进行分界面和粗糙界面是根据微观结构进行分类的，光滑类的，光滑(gung hu)(gung h

26、u)界面在微观上是光滑界面在微观上是光滑(gung hu)(gung hu)的，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，在宏观上是光滑是光滑(gung hu)(gung hu)的。的。2.5.1 固液界面的微观结构第33页/共54页第三十四页，共55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34页/共54页第三十五页，共55页。u晶体长大机制晶体长大机制(jzh)(jzh)是指在结晶过程晶体结晶面的生长是指在结晶过程晶体结晶面的生长方式，与其液方式，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

27、体长大机制u1.1.具有具有(jyu)(jyu)粗糙界面的物质的长大机制粗糙界面的物质的长大机制u2.2.具有具有(jyu)(jyu)光滑界面的物质的长大机制光滑界面的物质的长大机制第35页/共54页第三十六页，共55页。u1.具有粗糙界面具有粗糙界面(jimin)的物质的长大机制的物质的长大机制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固相界面上有大约一半(ybn)(ybn)的原子位置是空的，液相中的原子可随机地添加在界面的的原子位置是空的，液相中的原子可随机地添加在界面的空位置上而成为固相原子。晶体的这种生长方式称为垂直空位置上而成为固相原子。晶体的这种生长方

28、式称为垂直生长机制，其长大速度很快。生长机制，其长大速度很快。 图 晶体的垂直长大方式示意图 第36页/共54页第三十七页，共55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）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台阶上，使二维晶核很快地向四周横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晶体表面向扩展而覆盖了整个晶体表面(biomin)，此时便又，

29、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。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37页/共54页第三十八页，共55页。图 二维晶核长大示意图 第38页/共54页第三十九页，共55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由于二维晶核的形成需要一定(ydng)(ydng)的形核功，因而需要较的形核功，因而需要较强的过冷条件，长大速率很慢。强的过冷条件，长大速率很慢。v如果结晶过程中，在

30、晶体表面存在着垂直于界面的螺位错露头，如果结晶过程中，在晶体表面存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。液相原子不断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，界面以台阶机制生长和按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，在成长的界面上将形成螺旋新台阶。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。这种生长是连续的。第39页/共54页第四十页，共55页。图 螺型位错长大机制 第40页/共54页第四十一页，共55页。图 螺旋长大的SiC晶体第41页/

31、共54页第四十二页，共55页。u纯金属凝固纯金属凝固(nngg)(nngg)时晶体的生长形态取决于界面的微观结时晶体的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。构和界面前沿液相中的温度分布。图 两种温度分布(fnb)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第42页/共54页第四十三页，共55页。v为什么会出现为什么会出现(chxin)(chxin)负的温度梯度？负的温度梯度？v 液态液态(yti)金属在铸模中凝固时，往往由于模壁温度比较低，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

32、最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出，这高，液体的热量和结晶潜热通过固相和模壁传导而迅速散出，这样就造成了液样就造成了液-固相界面前沿液体的温度分布为正的温度梯度。固相界面前沿液体的温度分布为正的温度梯度。 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过冷在缓慢冷却条件下，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，液到某一温度。这时在模壁上的液体首先开始形核长大，液-固相界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，这样使面上所产生的结晶潜热将同时通过固相和液

33、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。得界面前沿的液体中产生负的温度梯度。 第43页/共54页第四十四页，共55页。第44页/共54页第四十五页，共55页。2.6.1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似的表示：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，称作晶粒度。把晶粒看成球体，用它们的平均直径来衡量，称作晶粒度。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.控制控制(kngzh)晶粒大小的途径：晶粒大小的途径：u 增加过冷度；变质处理；振动搅拌增加过冷度；变

34、质处理；振动搅拌第45页/共54页第四十六页，共55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、塑性和韧性。u工业上将工业上将(shngjing)通过细化晶粒来提高材料强度的方通过细化晶粒来提高材料强度的方法称为细晶强化。法称为细晶强化。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46页/共54页第四十七页，共55页。第47页/共54页第四十八页，共55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，但形核率增加速度均增加，但形核率增加速度高于长大线速度增加的速度，