材料科學(xué)基礎(chǔ)3 金屬結(jié)晶)

1、第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 結(jié)晶概念：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結(jié)晶概念：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。 金屬原子由短程有序變?yōu)殚L程有序的過程。金屬原子由短程有序變?yōu)殚L程有序的過程。 為何研究結(jié)晶為何研究結(jié)晶: 結(jié)晶時，希望獲得均勻細(xì)小的晶粒結(jié)晶時，希望獲得均勻細(xì)小的晶粒 強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性好。強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性好。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 結(jié)晶概念：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。結(jié)晶概念：金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。 為何研究結(jié)晶為何研究結(jié)晶: a. a.金屬生產(chǎn)：金屬生產(chǎn)： 熔煉熔煉澆注澆注結(jié)晶結(jié)晶其它加工。其它加工

2、。 b.b.結(jié)晶后組織（原始組織）影響：結(jié)晶后組織（原始組織）影響： 加工性能。加工性能。 使用性能。使用性能。 c.c.晶體缺陷：在結(jié)晶過程中產(chǎn)生。晶體缺陷：在結(jié)晶過程中產(chǎn)生。 d.d.為掌握合金結(jié)晶打基礎(chǔ)為掌握合金結(jié)晶打基礎(chǔ) 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.13.1純金屬結(jié)晶的過程純金屬結(jié)晶的過程 .1液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu) 液體金屬結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，液體中原子堆集是液體金屬結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，液體中原子堆集是密集的，但大范圍原子排列不是規(guī)則的。密集的，但大范圍原子排列不是規(guī)則的。 從局部微小區(qū)域來看，原子可以偶然地在某一從局部微小區(qū)域來看，原子可

3、以偶然地在某一瞬間內(nèi)出現(xiàn)規(guī)則的排列，然后又散開。這種現(xiàn)象瞬間內(nèi)出現(xiàn)規(guī)則的排列，然后又散開。這種現(xiàn)象稱為稱為“近程有序近程有序”。 這些大小不一的近程有序排列的此起彼伏（這些大小不一的近程有序排列的此起彼伏（結(jié)結(jié)構(gòu)起伏構(gòu)起伏）就構(gòu)成了液體金屬的動態(tài)圖像。）就構(gòu)成了液體金屬的動態(tài)圖像。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.13.1純金屬結(jié)晶的過程純金屬結(jié)晶的過程 .1液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu) 局部微小區(qū)域內(nèi)，原子偶然地在某一瞬間內(nèi)局部微小區(qū)域內(nèi)，原子偶然地在某一瞬間內(nèi)出現(xiàn)規(guī)則的排列，然后又散開的現(xiàn)象導(dǎo)致了出現(xiàn)規(guī)則的排列，然后又散開的現(xiàn)象導(dǎo)致了-液液態(tài)金屬

4、中原子集團(tuán)的態(tài)金屬中原子集團(tuán)的“近程有序近程有序” 這種近程有序的原子集團(tuán)就是晶胚。這種近程有序的原子集團(tuán)就是晶胚。 在具備一定條件時，大于一定尺寸的晶胚就在具備一定條件時，大于一定尺寸的晶胚就會成為可以長大的晶核。會成為可以長大的晶核。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） .2純金屬結(jié)晶的過程的宏觀現(xiàn)象。純金屬結(jié)晶的過程的宏觀現(xiàn)象。 1過冷現(xiàn)象過冷現(xiàn)象 過冷度過冷度:T= Tm Tn Tm :金屬的理論結(jié)晶溫度。金屬的理論結(jié)晶溫度。液液固共存溫度。固共存溫度。 Tm -理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度; Tn -實際結(jié)晶溫度。實際結(jié)晶溫度。 結(jié)論結(jié)論:金屬結(jié)晶須過

5、冷，且冷速愈快，則金屬結(jié)晶須過冷，且冷速愈快，則T越大越大Tn越低。越低。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.13.1純金屬結(jié)晶的過程純金屬結(jié)晶的過程 3.1.2結(jié)晶過程的的宏觀現(xiàn)象。結(jié)晶過程的的宏觀現(xiàn)象。 2.放出結(jié)晶潛熱。放出結(jié)晶潛熱。 結(jié)晶放熱使冷卻曲線結(jié)晶放熱使冷卻曲線產(chǎn)生平臺。產(chǎn)生平臺。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.1純金屬結(jié)晶的過程純金屬結(jié)晶的過程 3.1.3金屬結(jié)晶的微觀過程金屬結(jié)晶的微觀過程 兩個過程：形核、長大兩個過程：形核、長大 v形核：液態(tài)金屬內(nèi)部形成極小的晶體（晶核）。形核：液態(tài)金屬內(nèi)部形成極小的晶體（晶核）。

6、 v長大：原子向晶核有序靠攏，形成較大晶體長大：原子向晶核有序靠攏，形成較大晶體長長程有序。程有序。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.1純金屬結(jié)晶的過程純金屬結(jié)晶的過程 3.1.3金屬結(jié)晶的微觀過程金屬結(jié)晶的微觀過程 *第一批晶核形成、長大的同時，又出現(xiàn)第二第一批晶核形成、長大的同時，又出現(xiàn)第二批批 形核長大交替進(jìn)行。形核長大交替進(jìn)行。 *由于各晶核空間位向不同，結(jié)晶后每一個晶粒由于各晶核空間位向不同，結(jié)晶后每一個晶粒位向不同位向不同多晶體。多晶體。 一個晶核可長成一個晶粒。因此，晶核越多，一個晶核可長成一個晶粒。因此，晶核越多，結(jié)晶后晶粒越細(xì)。結(jié)晶后晶粒越細(xì)。第

7、三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件 結(jié)晶為何需過冷？結(jié)晶為何需過冷？提供熱力學(xué)條件。提供熱力學(xué)條件。 熱力學(xué)第二定律：在等溫等壓下，任何自發(fā)熱力學(xué)第二定律：在等溫等壓下，任何自發(fā)進(jìn)行的過程都是向自由能降低的方向進(jìn)行。進(jìn)行的過程都是向自由能降低的方向進(jìn)行。結(jié)晶：高能結(jié)晶：高能低能。低能。VSLG =GG0 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 32金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件 為何有如此的能量變化曲線？為何有如此的能量變化曲線？推導(dǎo)結(jié)晶為何需要過冷推導(dǎo)結(jié)晶為何需要過冷 G=HG=HTSTS體系自由

8、能體系自由能熱焓熱焓熵熵(表示原子排列混亂程度表示原子排列混亂程度)0LLLSSSmLSVSLGHT SGHT STTGGGGG 在時， 無驅(qū)動力第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 32金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件 單位體積自由能變化：單位體積自由能變化：推導(dǎo)結(jié)晶為何需要過冷推導(dǎo)結(jié)晶為何需要過冷 mmSLT VSLSLSLG =GG =(HH ) T(SS ) mmLS=-LT S L =HH 其中熔化潛熱：mm-L = TS 0mLSVTTGGG在時， 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3 32 2金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件金屬結(jié)晶的熱力學(xué)

9、條件 mmmmmTTT=-L = -LTT在在TTm 時時mVmmmLG = -LT S = -L + TT mVmLTGTmmSLT VSLmmLSG =GG =-LT S L =HH 其中熔化潛熱：第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 32金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件 當(dāng)當(dāng)T=0T=0時，時，GGV V=0 =0 即不結(jié)晶也不熔化即不結(jié)晶也不熔化 當(dāng)當(dāng)TT0 0時，時，GGV V0 0，才有驅(qū)動力才結(jié)晶。，才有驅(qū)動力才結(jié)晶。 T T，GGV V越負(fù)，越負(fù)，結(jié)晶驅(qū)動力越大，結(jié)晶結(jié)晶驅(qū)動力越大，結(jié)晶越易進(jìn)行。越易進(jìn)行。 結(jié)論：結(jié)論： 金屬結(jié)晶需要過冷。金屬結(jié)晶需

10、要過冷。mVmLTGT第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 33形核規(guī)律形核規(guī)律 形核：（有以下兩種形核方式）形核：（有以下兩種形核方式） v均勻形核（自發(fā)形核，均質(zhì)形核）：均勻形核（自發(fā)形核，均質(zhì)形核）： 在在TT下，依靠金屬自身形核。下，依靠金屬自身形核。 v非均勻形核（非自發(fā)形核，異質(zhì)形核）：非均勻形核（非自發(fā)形核，異質(zhì)形核）： 液態(tài)金屬依附在已存在的固相質(zhì)點上形核。液態(tài)金屬依附在已存在的固相質(zhì)點上形核。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3 33 3形核規(guī)律形核規(guī)律 .1均勻形核均勻形核 1形核時能量變化和臨界晶核半徑。形核時能

11、量變化和臨界晶核半徑。 液態(tài)金屬中存在晶胚：幾個液態(tài)金屬中存在晶胚：幾個-幾百個原子有序排幾百個原子有序排列。列。 結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）：結(jié)構(gòu)起伏（相起伏）： 晶胚時聚時散，時隱晶胚時聚時散，時隱時現(xiàn)的現(xiàn)象。時現(xiàn)的現(xiàn)象。 隨隨T，晶胚尺寸增大。晶胚尺寸增大。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3形核規(guī)律形核規(guī)律 3.3.1均勻形核均勻形核 1.形核時能量變化和臨界晶核半徑。形核時能量變化和臨界晶核半徑。 多大尺寸晶胚可作為晶核長大呢？多大尺寸晶胚可作為晶核長大呢？ 在在TT下，假設(shè)：晶核為球形，半徑為下，假設(shè)：晶核為球形，半徑為r r，則有，則有 系統(tǒng)總自由能變化：系統(tǒng)

12、總自由能變化： G=VG=VGGV V +A +A A-A-表面積表面積 ， - -比表面能比表面能 GGV V=G=GS S-G-GL L00 0 （結(jié)晶阻力）（結(jié)晶阻力） 隨晶核長大，表面能上升。隨晶核長大，表面能上升。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 33形核規(guī)律形核規(guī)律 3.3.1均勻形核均勻形核 1形核時能量變化和臨界晶核半徑。形核時能量變化和臨界晶核半徑。 對球形晶核，由對球形晶核，由G=VG=VGGV V+A+A可得可得32443VGrGr 設(shè)設(shè)r r* *為臨界晶核半徑為臨界晶核半徑。 當(dāng)當(dāng)rr*，晶胚長大使，晶胚長大使G，形，形核。核。 在在r=r*

13、時，時，G極大極大G* 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.1均勻形核均勻形核1.形核時能量和臨界晶核半徑。形核時能量和臨界晶核半徑。 在在r=r*時，時，G極大值極大值G*，則有，則有 又因為又因為 所以所以 *2*2480Vr rVdGrGrdrGr得*21mmTL TTrr 即 mVmL TGT第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） .1均勻形核均勻形核 1.1.形核時能量和臨界晶核半徑。形核時能量和臨界晶核半徑。 *21mmTL TTrr 即 T,rT,r* *,小尺寸的晶胚即可作為晶核而長大。小尺寸的晶胚即可作為晶核而長

14、大。 T，r*，晶核數(shù)目越多，結(jié)晶后晶粒越細(xì)。，晶核數(shù)目越多，結(jié)晶后晶粒越細(xì)。設(shè)設(shè)T*為臨界過冷度：為臨界過冷度： 當(dāng)當(dāng)TT*, rmaxT*, rmaxr* -結(jié)晶結(jié)晶 純凈金屬：純凈金屬：T*=0.2Tm 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） .1均勻形核均勻形核 2 2形核功：形核功： G*-形核阻力，形核時需補(bǔ)償?shù)哪芰?。形核阻力，形核時需補(bǔ)償?shù)哪芰俊?將將 代入代入G=VG=VGGV V+A+A中，中， 則則 *2VrG*322*2*422()4 ()34211()4333VVVVGGGGrAG*13GA第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝

15、固（結(jié)晶） 3.3.1均勻形核均勻形核 2形核功：形核功： 上式的意義是：上式的意義是： 在在r=rr=r* *時，液體金屬凝固時，液體金屬凝固形核時體形核時體積自由能積自由能的下降只能補(bǔ)償表面能的的下降只能補(bǔ)償表面能的2/32/3。還有還有1/31/3還需外還需外部提供部提供 依靠能量起伏依靠能量起伏*13GA第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） .1均勻形核均勻形核 2 2形核功：形核功： 能量起伏：液態(tài)金屬微區(qū)內(nèi)，自由能偏離平衡能量起伏：液態(tài)金屬微區(qū)內(nèi)，自由能偏離平衡能量的現(xiàn)象。依靠能量起伏來補(bǔ)償形核功。能量的現(xiàn)象。依靠能量起伏來補(bǔ)償形核功。 G*-T

16、關(guān)系關(guān)系 因為因為 所以所以 T，G*-形核阻力減小形核阻力減小*2mmTL Tr*2221144 ()33mmTGrL T322163()mmTLT*21GT*13GA第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3 33 3形核規(guī)律形核規(guī)律 .1均勻形核均勻形核 形核條件形核條件總結(jié)總結(jié)： 必須過冷：提供驅(qū)動力必須過冷：提供驅(qū)動力 TT，GGV V (驅(qū)動力驅(qū)動力)，r r* *,G,G* * 需結(jié)構(gòu)起伏：提供晶胚。需結(jié)構(gòu)起伏：提供晶胚。 需能量起伏：補(bǔ)償形核功。需能量起伏：補(bǔ)償形核功。需要成分起伏需要成分起伏(非純金屬非純金屬)。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第

17、三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.33.3形核規(guī)律形核規(guī)律 .1均勻形核均勻形核 3.3.形核率：形核率： （1）概念：指單位時間、單位體積液相中所形成）概念：指單位時間、單位體積液相中所形成的晶核數(shù)目的晶核數(shù)目,用用N表示。表示。 N，結(jié)晶后晶粒越細(xì)，力，結(jié)晶后晶粒越細(xì)，力學(xué)性能越好學(xué)性能越好。 （2）形核率與過冷度的關(guān)系）形核率與過冷度的關(guān)系 N受兩個矛盾的因素控制受兩個矛盾的因素控制 表達(dá)式：表達(dá)式：N=N1N2 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.1均勻形核（均勻形核（2）形核率與過冷度的關(guān)系）形核率與過冷度的關(guān)系 N N受兩個矛盾的因素控制

18、受兩個矛盾的因素控制 表達(dá)式：表達(dá)式：N=NN=N1 1N N2 2N N1 1為受形核功影響的形核率因子；為受形核功影響的形核率因子；N N2 2為受擴(kuò)散影響的形核率因子。為受擴(kuò)散影響的形核率因子。*12GQRTRTN N NKee第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.1均勻形核（均勻形核（2）形核率與過冷度的關(guān)系）形核率與過冷度的關(guān)系 隨隨TT，r r* *,G,G* * ， r rmaxmax,N,N1 1 隨隨T,原子擴(kuò)散困難，原子擴(kuò)散困難，N2,*1211GQRTRTQGRTRTNN NKeeKee第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）

19、33形核規(guī)律形核規(guī)律 3.3.1均勻形核均勻形核 TT很小時：很小時： r*大，大，GG* *大，大，難于形核難于形核 TT特大時：原子不能擴(kuò)散，不結(jié)晶，非晶態(tài)特大時：原子不能擴(kuò)散，不結(jié)晶，非晶態(tài)（冷速（冷速10107/s） （N-N-TT的虛線部分很難達(dá)到：只有金屬液滴驟的虛線部分很難達(dá)到：只有金屬液滴驟冷時才能達(dá)到）冷時才能達(dá)到） 可以說，可以說，T越大，越大，形核率越高，結(jié)晶后形核率越高，結(jié)晶后晶粒越細(xì)。增大過冷晶粒越細(xì)。增大過冷度可細(xì)化晶粒。度可細(xì)化晶粒。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.33.3形核規(guī)律形核規(guī)律 .2非均勻形核非均勻形核 實

20、際金屬結(jié)晶形核實際金屬結(jié)晶形核, ,多為非均勻形核多為非均勻形核 液態(tài)金屬中存在高熔點雜質(zhì)（可作為異液態(tài)金屬中存在高熔點雜質(zhì)（可作為異質(zhì)晶核）質(zhì)晶核） 液態(tài)金屬與鑄錠模壁接觸。液態(tài)金屬與鑄錠模壁接觸。 特點：特點： 所需過冷度低。所需過冷度低。 在在T相同時，形核率高，結(jié)晶后晶粒細(xì)小。相同時，形核率高，結(jié)晶后晶粒細(xì)小。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.2非均勻形核非均勻形核 1.臨界晶核半徑與形核功。臨界晶核半徑與形核功。 G=VGV +A 假設(shè)在平面基底（假設(shè)在平面基底（W W）上形成球冠晶核）上形成球冠晶核,晶核晶核形成時，增加的表面能為形成時，增加的表面能

21、為： 分別為晶核與液相、晶核與分別為晶核與液相、晶核與基底、液相與基底間的比表面能?；?、液相與基底間的比表面能。 SLLWWWWG =A+AALLWWL、：第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.2非均勻形核非均勻形核 1.臨界晶核半徑與形核功。臨界晶核半徑與形核功。 表面張力在交點處平衡：表面張力在交點處平衡：式中：式中：-晶核與基底晶核與基底W W接觸角（潤濕角）；接觸角（潤濕角）； r-r-晶核半徑。晶核半徑。 WWLcosL第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3 33 3形核規(guī)律形核規(guī)律 3 33 32 2非均勻形核非均勻形核 1臨界晶

22、核半徑與形核功。臨界晶核半徑與形核功。 采用曲面積分求出球冠表面積：采用曲面積分求出球冠表面積：A ALL=2=2r r2 2(1-cos)(1-cos)晶核與基底接觸面積：晶核與基底接觸面積：A AWW=R R2 2 R=rsin R=rsin三重積分求出球冠體積：三重積分求出球冠體積：332 3coscos()3Vr第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.2非均勻形核非均勻形核 1.臨界晶核半徑與形核功。臨界晶核半徑與形核功。 在平面基底（在平面基底（W W）上形成球冠晶核）上形成球冠晶核時時, ,在系統(tǒng)在系統(tǒng)總自由能變化中增加的表面能部分為總自由能變化中增加的表

23、面能部分為: :LLWWLW=A+A() LWL=(AAcos ) 2Lr3（2-3cos +cos ）SLLWWWLWG =A+AAWWLcosLSLLWG =AAcosL222L2(1 cos )sincos rr 系統(tǒng)總自由能變化系統(tǒng)總自由能變化G=VG=VGGV V +G +GS S第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.2非均勻形核非均勻形核 1.臨界晶核半徑與形核功。臨界晶核半徑與形核功。 在平面基底（在平面基底（W W）上形成球冠晶核）上形成球冠晶核時時, ,系統(tǒng)總系統(tǒng)總自由能變化：自由能變化： G=VG=VGGV V+G+GS S 其中其中: :332

24、3coscos()3Vr2SLGr3（2-3cos +cos ）332L2 3coscosG()3VrGr 3非（2-3cos +cos ）332L42 3coscosG4()34VrGr 非（）32 3coscosGG ()4非均第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） .2非均勻形核非均勻形核 1.1.臨界晶核半徑與形核功。臨界晶核半徑與形核功。 討論：討論： GG非非GG均均32 3coscosGG ()4非均32 3coscos14第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.2非均勻形核非均勻形核 1.臨界晶核半徑與形核功。臨界晶核

25、半徑與形核功。 同樣?。和瑯尤。?得：得： 由此可導(dǎo)出非均勻形核形核功：由此可導(dǎo)出非均勻形核形核功：*0r rd Gdr*2VGr 非3* 212 3coscosG4()34r*非非32 3coscosGG ()4*非均第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 33形核規(guī)律形核規(guī)律 332非均勻形核非均勻形核 討論：討論： 非均勻形核所需晶胚體積小，小尺寸的相起非均勻形核所需晶胚體積小，小尺寸的相起伏（晶胚）可作為晶核。伏（晶胚）可作為晶核。 非均勻形核形核阻力小，易形核。非均勻形核形核阻力小，易形核。 32 3coscosGG ()4*非均第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：

26、純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3.2非均勻形核非均勻形核 浸潤角對形核影響浸潤角對形核影響32 3coscosGG ()4*非均第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 332非均勻形核非均勻形核 浸潤角對形核影響浸潤角對形核影響 晶核在固相質(zhì)點上直接長大。晶核在固相質(zhì)點上直接長大。 32 3coscosGG ()4*非均180GGo *非均0G0o*非G*非越小，越小，固相質(zhì)點不起作用。固相質(zhì)點不起作用。 臨界晶核體積越小，臨界晶核體積越小，N N越高。越高。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 332非均勻形核非均勻形核 浸潤角對形核影響浸潤角對形核影響滿

27、足滿足 小的條件：小的條件： 固相質(zhì)點與晶核晶體結(jié)構(gòu)相同或相近固相質(zhì)點與晶核晶體結(jié)構(gòu)相同或相近 固態(tài)質(zhì)點與晶核原子尺寸相近固態(tài)質(zhì)點與晶核原子尺寸相近( (共格共格) )。 滿足上述條件的質(zhì)點稱變質(zhì)劑（孕育劑、人工滿足上述條件的質(zhì)點稱變質(zhì)劑（孕育劑、人工晶核）。晶核）。 * *在金屬結(jié)晶時，有意加入一些變質(zhì)劑，以達(dá)到在金屬結(jié)晶時，有意加入一些變質(zhì)劑，以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的細(xì)化晶粒的目的變質(zhì)處理。變質(zhì)處理。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.3形核規(guī)律形核規(guī)律 3.3.2非均勻形核非均勻形核 非均勻形核所需過冷度很小。非均勻形核所需過冷度很小。 32*2163()mmTGL

28、T均*21GT均3212 3coscosG()4T*非32 3coscosGG ()4*非均*0.02mTT非總結(jié)金屬結(jié)晶條件：總結(jié)金屬結(jié)晶條件： a.a.需過冷：提供驅(qū)動力。需過冷：提供驅(qū)動力。 b.b.需結(jié)構(gòu)起伏：提供晶胚。需結(jié)構(gòu)起伏：提供晶胚。 c.c.需能量起伏：補(bǔ)償形核功需能量起伏：補(bǔ)償形核功第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4長大規(guī)律長大規(guī)律 晶核長大是液態(tài)原子向固相遷移擴(kuò)散的過程晶核長大是液態(tài)原子向固相遷移擴(kuò)散的過程 決定晶體長大方式和形態(tài)的因素：決定晶體長大方式和形態(tài)的因素： 液液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)。固界面的微觀結(jié)構(gòu)。 液液-固界面前沿溫度梯度

29、。固界面前沿溫度梯度。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 3.4.1液液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)固界面的微觀結(jié)構(gòu) 晶核長大是液晶核長大是液-固界面兩側(cè)原子遷移的過程。固界面兩側(cè)原子遷移的過程。 界面的微觀結(jié)構(gòu)會影響晶核的長大方式。界面的微觀結(jié)構(gòu)會影響晶核的長大方式。 液液-固界面按微觀結(jié)構(gòu)可分為兩種，即光滑界面固界面按微觀結(jié)構(gòu)可分為兩種，即光滑界面和粗糙界面。和粗糙界面。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 .1液液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)固界面的微觀結(jié)構(gòu) 液液-固界面按

30、微觀結(jié)構(gòu)固界面按微觀結(jié)構(gòu): :光滑界面和粗糙界面光滑界面和粗糙界面 光滑界面光滑界面:在界面處固液兩相截然分開在界面處固液兩相截然分開 光滑界面光滑界面固相表面為基本完整的原子密排面，固相表面為基本完整的原子密排面，所以從微觀來看界面是光滑的。從宏觀上看，它所以從微觀來看界面是光滑的。從宏觀上看，它往往是由若干曲折的小平面組成，是不平整的，往往是由若干曲折的小平面組成，是不平整的，因此光滑界面又稱小平面界面。因此光滑界面又稱小平面界面。 微觀微觀宏觀宏觀第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4長大規(guī)律長大規(guī)律 .1液液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)固界面的微觀

31、結(jié)構(gòu) 液液-固界面按微觀結(jié)構(gòu)固界面按微觀結(jié)構(gòu):光滑界面和粗糙界面。光滑界面和粗糙界面。 粗糙界面粗糙界面:在微觀上高低不平，存在厚度為幾在微觀上高低不平，存在厚度為幾個原子間距的過渡層的液個原子間距的過渡層的液-固界面。固界面。 這種界面在微觀上是粗糙的。但由于界面很薄，這種界面在微觀上是粗糙的。但由于界面很薄，所以從宏觀上看，界面反而是平整光滑的。這種所以從宏觀上看，界面反而是平整光滑的。這種界面又稱非小平面界面。界面又稱非小平面界面。微觀微觀宏觀宏觀第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.4長大規(guī)律長大規(guī)律 3.4.1液液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)固界面的微觀結(jié)構(gòu) 總結(jié)：總結(jié)

32、：1.1.光滑界面：光滑界面： 微觀上：液微觀上：液- -固相界分開，固相表面為光滑密排固相界分開，固相表面為光滑密排宏觀上：曲折小平面組成。宏觀上：曲折小平面組成。小平面界面。小平面界面。 2.粗糙界面：粗糙界面： 微觀上：原子在界面上排列高低不同。微觀上：原子在界面上排列高低不同。粗糙粗糙 宏觀上：界面平整宏觀上：界面平整非小平面界面。非小平面界面。 金屬液金屬液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)都為粗糙界面固界面的微觀結(jié)構(gòu)都為粗糙界面, 亞金亞金屬（屬（Sn、Sb、Si）、非金屬以及金屬化合物多為）、非金屬以及金屬化合物多為光滑界面。光滑界面。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）3.

33、43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 3.4.2晶核的長大機(jī)制晶核的長大機(jī)制 晶核長大也需要過冷度。長大所需的界面過冷晶核長大也需要過冷度。長大所需的界面過冷度被稱為動態(tài)過冷度，用度被稱為動態(tài)過冷度，用T Tk k表示。表示。 具有光滑界面的物質(zhì)，其具有光滑界面的物質(zhì)，其Tk約為約為12。具有。具有粗糙界面的物質(zhì)，其粗糙界面的物質(zhì)，其 Tk僅為僅為0.01 0.05。 這說明不同類型的界面，其長大機(jī)制不同。這說明不同類型的界面，其長大機(jī)制不同。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）3.43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 .2晶核的長大機(jī)制晶核的長大機(jī)制 1.1.具有

34、粗糙界面的物質(zhì)的長大機(jī)制具有粗糙界面的物質(zhì)的長大機(jī)制 具有粗糙界面的物質(zhì)，界面上有一半的結(jié)晶位具有粗糙界面的物質(zhì)，界面上有一半的結(jié)晶位置空著，液相中的原子可直接遷移到這些位置使置空著，液相中的原子可直接遷移到這些位置使晶體整個界面沿法線方向向液相中長大。這種長晶體整個界面沿法線方向向液相中長大。這種長大方式叫垂直長大。大方式叫垂直長大。 垂直長大時生長速度很快。垂直長大時生長速度很快。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）3.43.4長大規(guī)律長大規(guī)律 .2晶核的長大機(jī)制晶核的長大機(jī)制 2.具有光滑具有光滑界面的物質(zhì)的界面的物質(zhì)的兩種兩種長大長大機(jī)制機(jī)制。光滑界

35、面（光滑界面（1 1）二維晶核長大）二維晶核長大 （2 2）螺位錯長大）螺位錯長大第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）3.43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 .2晶核的長大機(jī)制晶核的長大機(jī)制 2具有光滑界面的物質(zhì)的長大機(jī)制具有光滑界面的物質(zhì)的長大機(jī)制 具有光滑界面的物質(zhì)長大機(jī)制有以下兩種。具有光滑界面的物質(zhì)長大機(jī)制有以下兩種。（1）界面上反復(fù)形成二維晶核的機(jī)制）界面上反復(fù)形成二維晶核的機(jī)制 這種方式，每增加一個原這種方式，每增加一個原子層都需形成一個二維晶核，子層都需形成一個二維晶核，然后側(cè)向鋪展至整個表面。然后側(cè)向鋪展至整個表面。形成二維晶核需要形核功，形成

36、二維晶核需要形核功，這種機(jī)制下晶體長大速率很這種機(jī)制下晶體長大速率很慢。慢。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）3.43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 .2晶核的長大機(jī)制晶核的長大機(jī)制2.2.具有光滑界面的物質(zhì)的長大機(jī)制具有光滑界面的物質(zhì)的長大機(jī)制（2）依靠晶體缺陷長大）依靠晶體缺陷長大 液體中的原子不斷添加到晶體缺陷的臺階上使液體中的原子不斷添加到晶體缺陷的臺階上使晶體長大。晶體長大。 如可沿螺型位錯的露頭形成如可沿螺型位錯的露頭形成的臺階不斷添加原子，沒有的臺階不斷添加原子，沒有能量障礙。但界面上提供的能量障礙。但界面上提供的可添加原子的位置有限，在可添加

37、原子的位置有限，在這種機(jī)制下，晶體生長速率這種機(jī)制下，晶體生長速率也很小。也很小。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4長大規(guī)律長大規(guī)律 3.4.3純金屬生長的界面形態(tài)純金屬生長的界面形態(tài) 決定純金屬生長的界面形態(tài)的因素有：決定純金屬生長的界面形態(tài)的因素有： 液液- -固界面的微觀結(jié)構(gòu)。固界面的微觀結(jié)構(gòu)。 液液- -固界面前沿溫度梯度。固界面前沿溫度梯度。 按溫度梯度分為正溫度梯度和負(fù)溫度梯度對按溫度梯度分為正溫度梯度和負(fù)溫度梯度對純金屬生長的界面形態(tài)進(jìn)行分析。純金屬生長的界面形態(tài)進(jìn)行分析。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4長

38、大規(guī)律長大規(guī)律 3.4.3純金屬生長的界面形態(tài)純金屬生長的界面形態(tài) 1.1.在正的溫度梯度下在正的溫度梯度下 正溫度梯度正溫度梯度( dT/dx0)下，結(jié)晶潛熱只能通過下，結(jié)晶潛熱只能通過固相散出，界面推移速度受到固相傳熱速度的控固相散出，界面推移速度受到固相傳熱速度的控制。晶體生長以平面狀向前推進(jìn)。制。晶體生長以平面狀向前推進(jìn)。 晶體的生長形態(tài)，按界面類型有兩種情況。晶體的生長形態(tài)，按界面類型有兩種情況。 1）粗糙界面）粗糙界面 2）光滑界面）光滑界面第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4長大規(guī)律長大規(guī)律 .3純金屬生長的界面形態(tài)純金屬生長的界

39、面形態(tài) 1.1.在正的溫度梯度下在正的溫度梯度下 1）粗糙界面時）粗糙界面時 當(dāng)界面上有偶爾凸起而進(jìn)入溫度較高的液體當(dāng)界面上有偶爾凸起而進(jìn)入溫度較高的液體中時，因過冷度下降晶體生長速度就會減慢甚中時，因過冷度下降晶體生長速度就會減慢甚至停止，周圍部分會長上來使凸起消失，固液至停止，周圍部分會長上來使凸起消失，固液界面為穩(wěn)定的平面狀。界面為穩(wěn)定的平面狀。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.43.4長大規(guī)律長大規(guī)律 3.4.3純金屬生長的界面形態(tài)純金屬生長的界面形態(tài) 1.1.在正的溫度梯度下在正的溫度梯度下 2）光滑界面時）光滑界面時 光滑界面生長時，原子必須通過臺階的側(cè)

40、向而光滑界面生長時，原子必須通過臺階的側(cè)向而擴(kuò)展，所以界面是臺階狀，小平面與擴(kuò)展，所以界面是臺階狀，小平面與T Tm m等溫面呈一等溫面呈一定角度。在定角度。在dT/dxdT/dx0 0時，這些小平面也不能過多時，這些小平面也不能過多地凸向液體，所以界面從宏觀上看也是平行于地凸向液體，所以界面從宏觀上看也是平行于T Tm m等等溫面的。溫面的。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）3.43.4晶核長大規(guī)律晶核長大規(guī)律 .3純金屬生長的界面形態(tài)純金屬生長的界面形態(tài) 2.在負(fù)的溫度梯度下在負(fù)的溫度梯度下 液、固兩相均散熱，結(jié)晶潛熱向液、固兩側(cè)散失液、固兩相均散熱，

41、結(jié)晶潛熱向液、固兩側(cè)散失 界面以樹枝方式長大。界面以樹枝方式長大。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）2.在負(fù)溫度梯度下在負(fù)溫度梯度下 (1)界面以樹枝方式長大。界面以樹枝方式長大。 以二次晶軸、三次晶軸方式生長的樹枝狀結(jié)晶。以二次晶軸、三次晶軸方式生長的樹枝狀結(jié)晶。熱，使液相中垂直于晶軸熱，使液相中垂直于晶軸的方向又產(chǎn)生負(fù)溫度梯度，的方向又產(chǎn)生負(fù)溫度梯度，這樣晶軸上又會產(chǎn)生二次這樣晶軸上又會產(chǎn)生二次晶軸。晶軸。同理二次晶軸上又同理二次晶軸上又會長出三次晶軸等等這種會長出三次晶軸等等這種生長方式稱為樹枝狀生長。生長方式稱為樹枝狀生長。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金

42、屬的凝固（結(jié)晶）2.在負(fù)溫度梯度下在負(fù)溫度梯度下 (1)界面以樹枝方式長大。界面以樹枝方式長大。 如界面某處偶然伸入液相，則進(jìn)入了如界面某處偶然伸入液相，則進(jìn)入了T更大的更大的區(qū)域，可以更大的速率生長，伸入液相中形成一區(qū)域，可以更大的速率生長，伸入液相中形成一個晶軸。個晶軸。由于晶軸結(jié)晶時向兩側(cè)液相中放出潛由于晶軸結(jié)晶時向兩側(cè)液相中放出潛 樹枝生長時，伸展的晶軸具有一定的晶體取向。樹枝生長時，伸展的晶軸具有一定的晶體取向。例如面心立方為例如面心立方為；體心立方；體心立方。 樹枝狀生長在粗糙界面的物質(zhì)中最明顯，在光樹枝狀生長在粗糙界面的物質(zhì)中最明顯，在光滑界面物質(zhì)中往往不甚明顯?；缑嫖镔|(zhì)中往往

43、不甚明顯。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）2.在負(fù)溫度梯度下在負(fù)溫度梯度下 (1)界面以樹枝方式長大。界面以樹枝方式長大。 .凝固沒完成凝固沒完成時，倒掉液體，時，倒掉液體，可見樹枝?？梢姌渲?。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）2.在負(fù)溫度梯度下在負(fù)溫度梯度下 (1)粗糙界面粗糙界面 以樹枝方式長大。以樹枝方式長大。 . .最后凝固的金屬將樹枝空隙填滿，使每個枝最后凝固的金屬將樹枝空隙填滿，使每個枝晶成為一個晶粒晶成為一個晶粒, ,看不到樹枝?？床坏綐渲?。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 35結(jié)晶理論的某些實際應(yīng)用結(jié)晶理論的

44、某些實際應(yīng)用 根據(jù)形核理論：根據(jù)形核理論： 若只形成一個晶核：獲得單晶。若只形成一個晶核：獲得單晶。 若增大形核率：使晶粒細(xì)化。若增大形核率：使晶粒細(xì)化。 若增大冷速，抑制形核若增大冷速，抑制形核, ,獲得非晶體。獲得非晶體。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.5結(jié)晶理論的某些實際應(yīng)用結(jié)晶理論的某些實際應(yīng)用 3.5.1細(xì)化鑄件晶粒的方法細(xì)化鑄件晶粒的方法 晶粒細(xì)，則強(qiáng)度高，硬度高、塑性好、韌性好。晶粒細(xì)，則強(qiáng)度高，硬度高、塑性好、韌性好。 細(xì)晶強(qiáng)化：通過細(xì)化晶粒使材料強(qiáng)度提高的方法。細(xì)晶強(qiáng)化：通過細(xì)化晶粒使材料強(qiáng)度提高的方法。 1 1增大過冷度。增大過冷度。 TT，

45、r r* *, G, G* *,N ,N 實現(xiàn)方法：增大鑄件的冷卻速度實現(xiàn)方法：增大鑄件的冷卻速度 例：金屬型鑄造、壁厚處加冷鐵、水冷鑄模、例：金屬型鑄造、壁厚處加冷鐵、水冷鑄模、低溫澆注低溫澆注 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.53.5結(jié)晶理論的應(yīng)用結(jié)晶理論的應(yīng)用 .1細(xì)化鑄件晶粒的方法細(xì)化鑄件晶粒的方法 2.變質(zhì)處理變質(zhì)處理 澆注時澆注時,有意向液態(tài)金屬中加入一些高熔點質(zhì)點有意向液態(tài)金屬中加入一些高熔點質(zhì)點達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，稱為變質(zhì)處理。達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，稱為變質(zhì)處理。 高熔點顆高熔點顆粒粒變質(zhì)劑變質(zhì)劑 起到非均勻形核作用，使晶粒細(xì)化。起到

46、非均勻形核作用，使晶粒細(xì)化。 變質(zhì)處理中，加入的難熔雜質(zhì)叫變質(zhì)劑。變質(zhì)處理中，加入的難熔雜質(zhì)叫變質(zhì)劑。 人工晶核人工晶核: :鑄鋼中，鑄鋼中，加加Ti、Zr、V; 鑄鐵中，加硅鑄鐵中，加硅-鐵或硅鐵或硅-鈣合金粉鈣合金粉; 鋁合金中加鋁合金中加Na或鈉鹽?；蜮c鹽。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 332非均勻形核非均勻形核 浸潤角對形核影響浸潤角對形核影響滿足滿足 小的條件：小的條件： 固相質(zhì)點與晶核晶體結(jié)構(gòu)相同或相近固相質(zhì)點與晶核晶體結(jié)構(gòu)相同或相近 固態(tài)質(zhì)點與晶核原子尺寸相近固態(tài)質(zhì)點與晶核原子尺寸相近( (共格共格) )。 滿足上述條件的質(zhì)點稱變質(zhì)劑（孕育劑、人工滿

47、足上述條件的質(zhì)點稱變質(zhì)劑（孕育劑、人工晶核）。晶核）。 * *在金屬結(jié)晶時，有意加入一些變質(zhì)劑，以達(dá)到在金屬結(jié)晶時，有意加入一些變質(zhì)劑，以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的細(xì)化晶粒的目的變質(zhì)處理。變質(zhì)處理。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.53.5結(jié)晶理論的應(yīng)用結(jié)晶理論的應(yīng)用 .1細(xì)化鑄件晶粒的方細(xì)化鑄件晶粒的方法法 3.3.振動、攪拌振動、攪拌 作用：作用： 提供能量，補(bǔ)充形核功。提供能量，補(bǔ)充形核功。 增大晶核數(shù)目。增大晶核數(shù)目。 打碎樹枝晶方法：機(jī)械、電磁、超聲打碎樹枝晶方法：機(jī)械、電磁、超聲第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 35結(jié)晶理

48、論的某些實際應(yīng)用結(jié)晶理論的某些實際應(yīng)用 3.5.2、金屬鑄錠組織、金屬鑄錠組織宏觀組織：三個晶區(qū)宏觀組織：三個晶區(qū) 1.1.鑄錠的三晶區(qū)鑄錠的三晶區(qū) 表面細(xì)晶區(qū)表面細(xì)晶區(qū)（激冷區(qū)）：（激冷區(qū)）： 柱狀晶區(qū)：柱狀晶區(qū)： 中心等軸晶區(qū)中心等軸晶區(qū)（晶粒粗大）（晶粒粗大）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.53.5結(jié)晶理論的實際應(yīng)用結(jié)晶理論的實際應(yīng)用 .2金屬鑄錠組織金屬鑄錠組織（1 1）三晶區(qū)的形成機(jī)理）三晶區(qū)的形成機(jī)理 表面細(xì)晶區(qū)：表面細(xì)晶區(qū)： a.冷速快，過冷度冷速快，過冷度T,N b.模壁作為異質(zhì)晶核（非均勻形核）所以，模壁作為異質(zhì)晶核（非均勻形核）

49、所以，表面晶粒細(xì)。表面晶粒細(xì)。 第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 35結(jié)晶理論的實際應(yīng)用結(jié)晶理論的實際應(yīng)用 3.5.2、金屬鑄錠組織、金屬鑄錠組織（1 1）三晶區(qū)的形成機(jī)理）三晶區(qū)的形成機(jī)理 柱狀晶區(qū)：柱狀晶區(qū)： 垂直與模壁方向散熱快，晶體平行于散熱方垂直與模壁方向散熱快，晶體平行于散熱方向長大迅速。向長大迅速。 中心粗大等軸晶體：中心粗大等軸晶體： a.過冷度小，過冷度小，N b.散熱無方向，樹枝散熱無方向，樹枝晶可沿各向長大。晶可沿各向長大。 c.非均勻晶核少非均勻晶核少第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.5.2、金屬鑄錠組織、金屬鑄錠組織

50、 （2）鑄錠組織的控制）鑄錠組織的控制 柱狀晶性能：各相異性柱狀晶性能：各相異性 a.平行于柱狀方向性能好平行于柱狀方向性能好 b.垂直于柱狀方向性能差垂直于柱狀方向性能差 c.柱狀晶之間聚集雜質(zhì)柱狀晶之間聚集雜質(zhì)。 汽輪機(jī)葉片、導(dǎo)磁材料均希望得到柱狀晶。汽輪機(jī)葉片、導(dǎo)磁材料均希望得到柱狀晶。等軸晶區(qū)性能：等軸晶區(qū)性能： 各向同性，冷、熱加各向同性，冷、熱加工性能好。多數(shù)機(jī)械零工性能好。多數(shù)機(jī)械零件，希望得等軸晶。件，希望得等軸晶。第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶）第三章：純金屬的凝固（結(jié)晶） 3.5.2、金屬鑄錠組織（、金屬鑄錠組織（2）鑄錠組織的控制）鑄錠組織的控制 有利于獲得柱狀晶的因素有利于獲得柱狀晶的因素