§1-4金屬的結晶一、有關結晶的幾個概念二、金屬的結晶過程三、結晶后的晶粒大小五、金屬鑄錠的組織形態(tài)四、金屬的同素異構轉變一、有關結晶的幾個概念1.結晶----液態(tài)金屬凝固成為原子有規(guī)則排列的晶體的過程。2.冷卻曲線----液態(tài)金屬從高溫冷卻至室溫的過程中測得的溫度--時間變化曲線。

溫度

無限緩慢冷卻時

TmTm為理論結晶溫度

液液+固固時間一、有關結晶的幾個概念實際冷卻曲線tTT0Tn理論結晶溫度開始結晶溫度}T過冷度T=T0-Tn純金屬結晶的條件就是應當有一定的過冷度（克服界面能）3.理論結晶溫度T0---在無限緩慢冷卻條件下的平衡結晶溫度。4.過冷現(xiàn)象及過冷度過冷現(xiàn)象---實際冷卻條件下，實際結晶溫度總是低于理論（平衡）結晶溫度的現(xiàn)象。過冷度---理論結晶溫度與實際結晶溫度的差值。過冷度與冷卻速度的關系：

冷卻速度越快，過冷度T越大。二、金屬的結晶過程結晶=晶核形成+晶核長大

通常情況下，晶核形成后的晶核長大方式是呈樹枝狀的長大，即首先沿散熱條件最好的晶核棱角處快速生長形成主干（一次晶軸），同時又不斷地生出新的分枝，直至液體全部消耗殆盡。一般結晶完畢后，這種樹枝晶形態(tài)并不顯露，但在鑄錠組織中較為明顯。液態(tài)金屬形核晶核長大完全結晶（1）形核過程兩種形核方式——

自發(fā)形核與非自發(fā)形核自發(fā)形核由液體金屬內部原子聚集尺寸超過臨界晶核尺寸后形成的結晶核心。非自發(fā)形核——

是依附于外來雜質上生成的晶核。（2）晶核長大過程兩種長大方式——

平面生長與樹枝狀生長。平面生長樹枝狀生長

根據(jù)結晶過程分析，若形核速度快于生長速度，則結晶后的晶體晶粒細密，力學性能較好；而若形核少、生長快，則易得到粗大的晶粒，造成力學性能的下降。三、結晶后的晶粒大小

金屬結晶后的晶粒愈細，晶界面積就愈大,意味著晶體缺陷就愈多，則對金屬力學性能的影響愈大。一般情況下，細晶粒組織的強度、硬度、塑性和韌性都比粗晶粒組織好。晶粒度

——表示晶粒大小，分8級。晶粒度12345678單位面積晶粒數(shù)（個/mm2）16326412825651210242048晶粒平均直徑（μm）2501771258862443122細晶強化

——晶粒細化使金屬機械性能提高的現(xiàn)象比較：細晶強化-->強度、硬度、塑性、韌性↑

固溶強化-->強度、硬度↑，塑性、韌性↓★

細化晶粒的方法：1.增大冷卻速度以提高過冷度，可細化晶粒。

如鑄造時用金屬型代替砂型，加快冷卻。2.通過變質處理（孕育處理）增加晶核數(shù)，可細化晶粒。勻質晶核（自發(fā)晶核）異質晶核（人工晶核）

3.結晶時外加振動（機械、超聲波、電磁）破碎大晶粒，獲得細晶組織。提高過冷度作用形核率N

、長大速度G與過冷度T的關系TG，NGN四、金屬的同素異構轉變

固態(tài)物質隨溫度不同而改變其原子排列方式，得到不同晶體結構的現(xiàn)象稱為同素異構轉變，又稱為重結晶。純鐵的同素異構轉變過程：

912℃

1394℃

-Fe

-Fe

-Fe

(體心立方）

（面心立方）（體心立方）具有同素異構轉變特性的金屬（如Fe、Co、Sn、Mn等）可以通過熱處理來改變組織和性能。液態(tài)鐵1538℃結晶重結晶重結晶T-Fe，bcc}-Fe，bcc}-Fe，fccCoolingcurve770鐵磁性純鐵的冷卻曲線五、金屬鑄錠的組織形態(tài)

生產中應用的金屬材料，無論是板材、棒材，