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1、《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》第三章金屬的結(jié)晶機電系：賈偉建純金屬的結(jié)晶凝固與結(jié)晶的概念結(jié)晶的現(xiàn)象與規(guī)律同素異晶(構(gòu))轉(zhuǎn)變狹義上注意區(qū)分：一次結(jié)晶與二次結(jié)晶1）、純金屬的結(jié)晶液體晶體結(jié)晶結(jié)晶：液體-->晶體凝固：液體-->固體（晶體或非晶體）*原子由近程有序排列向遠程有序排列的過程。熱分析法獲得的平衡冷卻曲線tTT0Tn理論結(jié)晶溫度開始結(jié)晶溫度}?T過冷度?T=T0-Tn純金屬結(jié)晶的充分條件就是一定要有過冷度（克服界面能）To2）、結(jié)晶過程的宏觀現(xiàn)象、微觀條件1、純金屬結(jié)晶時的冷卻曲線時間溫度理論冷卻曲線實際冷卻曲線T1結(jié)晶平臺(是由
2、結(jié)晶潛熱導致)冷卻速度越大，則過冷度越大。過冷現(xiàn)象：過冷是結(jié)晶的必要條件。過冷度:ΔT=T0–T1結(jié)晶熱力學條件：固-液體積自由能之差。金屬結(jié)晶的結(jié)構(gòu)條件：近程有序結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)起伏1.晶胚2.晶核3.長大遠程有序結(jié)構(gòu)二).結(jié)晶過程的一般規(guī)律形核長大形核、長大液態(tài)金屬形核長大完全結(jié)晶形核和（晶核）長大的過程動態(tài)演示：（結(jié)構(gòu)條件：晶胚?臨界形核半徑?晶核）穩(wěn)定存在的晶核：自發(fā)形核、非自發(fā)形核1、晶核的形成在一定的過冷度下,當F體≥F表時,晶核就形成。臨界形核半徑（假設(shè)球形）隨過冷度增大而減小。當過冷液體中出現(xiàn)晶坯時，一方面由于原子由液態(tài)
3、的聚集狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的排列狀態(tài)，使體系的自由能降低）；另一方面，由于晶坯構(gòu)成新的表面，又會引起表面自由能的增加。rr*時，隨晶胚長大，系統(tǒng)自由能降低，凝固過程自動進行。晶核形成的形式:*自發(fā)形核（均質(zhì)形核）△T=200℃*非自發(fā)形核（異質(zhì)形核）△T=20℃2、晶核兩種長大方式：平面生長樹枝狀生長晶核的樹枝狀長大方式金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶三）、影響晶核的形核率和晶體長大率的因素過冷度的影響未熔雜質(zhì)的影響過冷度的影響形核率：難熔
4、雜質(zhì)?孕育處理?異質(zhì)形核晶粒度——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↓晶粒度與細晶強化純鐵晶粒度與力學性能的關(guān)系晶粒度(晶粒數(shù)/mm2)?b(N/mm2)?s(N/mm2)?(％)6.32374635.3512747044.819429410847.5四）、細化晶粒的
5、途徑1）提高冷卻速度V冷△TN晶粒細小3）機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。形核率N、長大速度R與過冷度?T的關(guān)系?TG，NRN1）提高冷卻速度四）、細化晶粒的途徑V冷△TN晶粒細小在液體金屬中加入變質(zhì)劑(孕育劑)，以細化晶粒和改善組織的工藝措施。變質(zhì)劑的作用：作為非自發(fā)形核的核心，或阻礙晶粒長大振動的作用：使樹枝晶破碎，晶核數(shù)增加，晶粒細化。——機械振動、超聲振動，或電磁攪拌等。2）變質(zhì)處理：3）振動結(jié)晶：二元合金相圖合金(alloy)合金系(alloyseries)相(phase)相平衡組元(元)(element)相圖(ph
6、asediagram)平衡相圖平衡組織：(statenchyma)顯微組織(microscopicstructure)基礎(chǔ)知識熱分析法相圖的建立名稱A金屬B金屬晶格類型bccbcc熔點高低合金1100%0%合金290%10%合金380%20%……..……..…….合金920%80%合金1010%90%合金110%100%相圖的建立時間溫度90705030AB溫度A溫度B溫度abab:液相線ab:固相線LL+SSL:液相區(qū)S:固相區(qū)L+S:液固共存區(qū)AB溫度TLTSTnbacABabLS溫度勻晶相圖L+S同類：Cu-Ni、Cu-A
7、u、Au-Ag、Fe-Cr等勻晶相圖銅-鎳合金勻晶相圖CuNiNi%T,?C2040608010010001100120013001400150010831455L?L+?純銅熔點純鎳熔點液相線固相線液相區(qū)固相區(qū)固液兩相區(qū)勻晶相圖轉(zhuǎn)變abcdT,?CtL?L?L勻晶轉(zhuǎn)變L???冷卻曲線CuNiNi%T,?C2040608010010001100120013001400150010831455L?L+?勻晶合金與純金屬不同，它沒有一個恒定的熔點，而是在液、固相線劃定的溫區(qū)內(nèi)進行結(jié)晶。枝晶偏析：一個晶粒內(nèi)化學成分不均勻的現(xiàn)象Cu-N
8、i合金的鑄態(tài)顯微組織示意圖樹干：鎳多枝葉：銅多腐蝕分析杠桿定律：組成相相對量的計算方法假設(shè)：合金的總量為1QL＝(x/-K)/(x/-x) QS＝(K-x)/(x/-x)類似于杠桿定律則：QL＋QS＝1 QL*x＋QS*x/=1*KTLTSTnbac杠桿定理QS
