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《晶體結(jié)晶過(guò)程觀察和凝固條件對(duì)鑄錠組織地影響-材料科學(xué)的基礎(chǔ)-實(shí)驗(yàn)-08》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)驗(yàn)八晶體結(jié)晶過(guò)程觀察及凝固條件對(duì)鑄錠組織的影響（Observationofthecrystallizationprocessofcrystalloidandtheimpactofsolidificationconditionsoningotstructure）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2實(shí)驗(yàn)類型：操作前修課程名稱：《材料科學(xué)導(dǎo)論》適用專業(yè)：材料科學(xué)與工程一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康蘑薄∮^察鹽類的結(jié)晶過(guò)程：⒉分析凝固條件對(duì)鑄錠組織的影響。二、概述鹽和金屬均為晶體。由液態(tài)凝固形成晶體的過(guò)程叫結(jié)晶。不論鹽的結(jié)晶，金屬的結(jié)晶以及金屬在固態(tài)下的重結(jié)晶都遵循生核和長(zhǎng)大的規(guī)律。結(jié)晶的長(zhǎng)大過(guò)程可以觀
2、察到，可是晶核的大小不能用肉眼看到，因?yàn)榕R界晶核的尺寸很小，而在試驗(yàn)中只能見(jiàn)到正在長(zhǎng)大的晶粒，此刻已經(jīng)不再是臨界尺寸的晶核。金屬和鹽類晶體最常見(jiàn)到的是樹(shù)枝狀晶體。通過(guò)直接觀察透明鹽類（如氯化銨等）的結(jié)晶過(guò)程可以了解樹(shù)枝狀晶體（枝晶）的形成過(guò)程。在玻璃片上滴上一滴接近飽和的氯化銨溶液，觀察它的結(jié)晶過(guò)程。隨著液體的蒸發(fā)，溶液逐漸變濃，達(dá)到飽和，由于液滴邊緣最薄，因此蒸發(fā)最快，結(jié)晶過(guò)程將從邊緣開(kāi)始向內(nèi)擴(kuò)展。結(jié)晶的第一階段是在最外層形成一圈細(xì)小的等軸晶體，結(jié)晶的第二階段是形成較為粗大的柱狀晶體，其成長(zhǎng)的方向是伸向液滴的中心，這是由于此時(shí)液滴的蒸發(fā)已比較慢，而且液滴的飽和順序
3、也是由外向里，最外層的細(xì)小等軸晶只有少數(shù)的位向有利于向中心生長(zhǎng)，因此形成了比較粗大的、帶有方向性的柱狀晶。結(jié)晶的第三階段是在液滴的中心部分形成不同位向的等軸枝晶。這是由于液滴的中心此時(shí)也變的較薄，蒸發(fā)也較快，同時(shí)溶液的補(bǔ)給也不足，因此可以看到明顯的枝晶組織。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案細(xì)小的等軸晶與粗大的柱狀晶體液體中間部分的粗大等軸樹(shù)枝晶精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案鹽液滴由于蒸發(fā)而進(jìn)行的結(jié)晶過(guò)程及所得的結(jié)晶組織與鑄錠的結(jié)晶過(guò)程和組織很相似。鑄錠的表層為細(xì)等軸晶粒區(qū)，晶粒細(xì)小，組織致密，成分均勻。當(dāng)液態(tài)金屬到入鑄模以后，結(jié)晶首先從靠近模壁處開(kāi)始。模壁溫度低，在該處因過(guò)冷度極大，晶核
4、產(chǎn)生多，這些核心長(zhǎng)大時(shí)很快接觸，形成細(xì)小的等軸晶粒，稱為細(xì)等軸區(qū)。緊接表層的是柱狀晶區(qū)，由垂直于模壁的彼此平行的柱狀晶粒組成，組織致密。這是因?yàn)椋诩?xì)等軸區(qū)形成的同時(shí)，模壁溫度已升高，過(guò)冷度減小，與液體接觸的小枝晶要長(zhǎng)大，但在長(zhǎng)大過(guò)程中很快地與上下左右的枝晶相撞，長(zhǎng)大受到了限制。這時(shí)只有晶軸與模壁垂直的小枝晶向液體內(nèi)伸展不受阻礙，而這時(shí)散熱有了方向性，垂直模壁的方向散熱最快，這樣，這部分晶粒一致向液體內(nèi)伸展，結(jié)果就形成了與模壁垂直的粗大柱狀晶體，稱為柱狀晶區(qū)。如果模壁的散熱較快，已結(jié)晶的金屬的導(dǎo)熱性較好，液態(tài)金屬始終能保持較大的內(nèi)外溫度梯度和方向性散熱，柱狀晶能一直
5、長(zhǎng)大到鑄錠中心，形成所謂穿晶組織。一般情況下隨著柱狀晶的發(fā)展，模壁溫度繼續(xù)上升，方向性散熱條件逐漸消失，剩余液體的溫差越來(lái)越小，趨于均勻緩冷狀態(tài)，柱狀晶長(zhǎng)大的趨勢(shì)也漸趨減小。這時(shí)仍為液體的中心區(qū)域的溫度也逐漸降低，并趨于均勻，加上雜質(zhì)的作用會(huì)在這部分液體中同時(shí)形核。因?yàn)樵搮^(qū)過(guò)冷度小，核心產(chǎn)生得少，且因散熱無(wú)方向性，各方向的成長(zhǎng)速度相同，于是在鑄錠內(nèi)部形成許多位向不同的粗大的等軸晶粒，形成晶粒粗大的等軸晶區(qū)，組織疏松。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案1、細(xì)等軸晶粒區(qū)2、柱狀晶粒區(qū)3、粗大等軸晶粒區(qū)金屬鑄錠的結(jié)構(gòu)鑄錠的這三個(gè)晶區(qū)是的不同的條件下形成的，若改變液體金屬的冷卻條件（如模
6、壁材料，模壁溫度，模壁厚度）和澆注溫度以及變質(zhì)處理等凝固條件，則將改變?nèi)齻€(gè)晶區(qū)，特別是柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)的相對(duì)面積以及各自的晶粒大小。冷卻速度越快或鑄模內(nèi)外溫差越大，則均有利于柱狀晶的發(fā)展。例如改變模壁材料，就改變了金屬的冷卻條件。金屬模可以比砂模獲得更大的柱狀晶區(qū)。如果將模子預(yù)熱，其實(shí)質(zhì)是降低了冷卻速度。預(yù)熱溫度越高等軸晶區(qū)越大。澆注溫度愈高，澆注后沿鑄錠截面的溫差也越大，方向性散熱時(shí)間越長(zhǎng)，有利于柱狀晶發(fā)展。同時(shí)液態(tài)金屬過(guò)熱程度愈大，非自發(fā)晶核的數(shù)目就愈少，這也減少了液體中成核的可能性，因此也促進(jìn)了柱狀晶的發(fā)展。通過(guò)加入一定的變質(zhì)劑進(jìn)行變質(zhì)處理，增加結(jié)晶時(shí)的核心
7、，可得到細(xì)小的晶粒。不同純度的金屬，由于其非自發(fā)核心數(shù)目的不同，結(jié)晶后的晶粒粗細(xì)也不同。從鑄錠組織結(jié)構(gòu)看到，純金屬只在鑄錠的表面、縮孔處，可以清楚地看到枝晶組織，而在鑄錠內(nèi)只能看到外形不規(guī)矩的晶粒。在鑄態(tài)合金的組織中，由于晶內(nèi)偏析或結(jié)晶順序不同，合金內(nèi)部可以用顯微鏡看到枝晶組織（即枝晶偏析）。從性能角度出發(fā)，外層細(xì)等軸晶區(qū)很薄，對(duì)鑄錠機(jī)械性能影響不大。柱狀晶粒由于彼此互相紡礙，樹(shù)枝的分枝較少，結(jié)晶后顯微縮孔少，組織致密。但是柱狀晶方向一致，使鑄件的性能有方向性，且從相臨模壁長(zhǎng)出的柱狀晶粒的交界面處容易聚集雜質(zhì)而形成弱面，壓力加工時(shí)易沿脆弱面開(kāi)裂。粗大等軸晶長(zhǎng)大時(shí)
