《金屬材料工程概論（第2版）》13-3金屬及合金的結(jié)晶課件

13.3金屬及合金的結(jié)晶

在物質(zhì)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，通常把液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為“凝固”，如果該物質(zhì)為晶體，則將此轉(zhuǎn)變過程稱為結(jié)晶。液體金屬與合金在一定條件下，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是晶體。因此，我們把金屬自液態(tài)經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，稱為金屬的結(jié)晶。13.3.1結(jié)晶的能量條件當(dāng)固態(tài)金屬的自由能低于液態(tài)金屬的自由能，即體系自由能的變化ΔF＝F固-F液<0時，或者說液態(tài)金屬的實際結(jié)晶溫度T1低于理論結(jié)晶溫度T0，結(jié)晶過程才能自發(fā)地進(jìn)行。13.3.2

冷卻曲線和過冷度各種純金屬都有一定的結(jié)晶溫度，如鐵為1538℃，鋁為660℃．但這里指的是冷卻速度非常緩慢的平衡結(jié)晶溫度，稱為理論結(jié)晶溫度。實際上，只有將液態(tài)金屬冷卻到低于平衡結(jié)晶溫度時，才能有效地進(jìn)行結(jié)晶。圖13－6純金屬的冷卻曲線

圖13-7液態(tài)金屬結(jié)晶過程示意圖

當(dāng)液態(tài)金屬過冷到實際結(jié)晶溫度后，由于漲落（或稱起伏），從液體中形成許多核坯，核坯尺寸極小。在濃度漲落和能量漲落的非線性相互作用下，某些核坯成為原子規(guī)則排列的晶核。隨后，這些晶核不斷地長大，與此同時，在液態(tài)金屬的其它部位也產(chǎn)生新的晶核，新的晶核又不斷長大。上述過程如此逐步進(jìn)行，直到液態(tài)金屬全部消失，結(jié)晶也就完全結(jié)束。液態(tài)金屬的結(jié)晶包括形核與晶核長大兩個基本環(huán)節(jié)。晶核的形成有自發(fā)和非自發(fā)兩種方式。自發(fā)形核是在一定的條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生、原子呈規(guī)則排列的結(jié)晶核心，它們是由那些液態(tài)金屬中存在的“近程有序”原子集團(tuán)形成的。非自發(fā)形核是液態(tài)金屬依附在一些未熔微粒表面所形成的晶核，這些未熔微粒可能是液態(tài)金屬中原來就存在的，也可能是人們特意加入的。13.3.3金屬結(jié)晶的一般過程13.3.4

非晶態(tài)凝固基本知識當(dāng)冷卻速度達(dá)到足夠大時，液態(tài)金屬急劇過冷到低溫，液體的粘度在小溫度范圍內(nèi)突然提高幾個數(shù)量級，原子的熱運動遷移不能進(jìn)行，形核以及晶核的長大完全處于被壓抑的狀態(tài)。從而使