第3章純金屬與合金的結(jié)晶

1、第第3 3章章 純金屬與合金的結(jié)晶純金屬與合金的結(jié)晶3.1 3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3.2 3.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶3.1 3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3.1.13.1.1純金屬的冷卻曲線及過(guò)冷度純金屬的冷卻曲線及過(guò)冷度金屬的結(jié)晶過(guò)程可以通過(guò)熱分析法進(jìn)行研究。即將純金屬加熱金屬的結(jié)晶過(guò)程可以通過(guò)熱分析法進(jìn)行研究。即將純金屬加熱熔化成液體，然后緩慢地冷卻下來(lái)，在冷卻過(guò)程中，每隔一熔化成液體，然后緩慢地冷卻下來(lái)，在冷卻過(guò)程中，每隔一定的時(shí)間測(cè)量一次溫度，記錄下它的溫度隨時(shí)間變化情況，定的時(shí)間測(cè)量一次溫度，記錄下它的溫度隨時(shí)間變化情況，描繪在溫度描繪在溫度時(shí)間坐標(biāo)圖上，便獲得純金屬的

2、冷卻曲線，如時(shí)間坐標(biāo)圖上，便獲得純金屬的冷卻曲線，如圖圖3131所示。所示。 下一頁(yè)返回圖圖31 31 純金屬的冷卻曲線純金屬的冷卻曲線 返回每隔一段時(shí)間每隔一段時(shí)間測(cè)量一次溫度測(cè)量一次溫度固體固體液體液體3.1 3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶由冷卻曲線可知，金屬液體隨著冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)，其的熱量不由冷卻曲線可知，金屬液體隨著冷卻時(shí)間的延長(zhǎng)，其的熱量不斷向外散失，溫度不斷下降。當(dāng)冷卻到斷向外散失，溫度不斷下降。當(dāng)冷卻到a a點(diǎn)時(shí)，液體金屬開(kāi)始點(diǎn)時(shí)，液體金屬開(kāi)始結(jié)晶。由于結(jié)晶過(guò)程中釋放出來(lái)的結(jié)晶潛熱補(bǔ)償了散失在空結(jié)晶。由于結(jié)晶過(guò)程中釋放出來(lái)的結(jié)晶潛熱補(bǔ)償了散失在空氣中的熱量，故結(jié)晶時(shí)溫度并不隨時(shí)

3、間的延長(zhǎng)而下降，直到氣中的熱量，故結(jié)晶時(shí)溫度并不隨時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，直到b b點(diǎn)結(jié)晶終了時(shí)才繼續(xù)下降。點(diǎn)結(jié)晶終了時(shí)才繼續(xù)下降。a ab b兩點(diǎn)之間的水平線為結(jié)晶階兩點(diǎn)之間的水平線為結(jié)晶階段，它所對(duì)應(yīng)的溫度就是純金屬的結(jié)晶溫度。理論上金屬冷段，它所對(duì)應(yīng)的溫度就是純金屬的結(jié)晶溫度。理論上金屬冷卻時(shí)的結(jié)晶溫度與加熱時(shí)的熔化溫度是同一溫度，即金屬的卻時(shí)的結(jié)晶溫度與加熱時(shí)的熔化溫度是同一溫度，即金屬的理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度(To)(To)。實(shí)際上液態(tài)金屬總是冷卻到理論結(jié)晶溫。實(shí)際上液態(tài)金屬總是冷卻到理論結(jié)晶溫度度(To)(To)以下才開(kāi)始結(jié)晶，如以下才開(kāi)始結(jié)晶，如圖圖3232所示。所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返

4、回圖圖3-2 3-2 純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線純金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻曲線a)理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度 b)實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度返回過(guò)冷現(xiàn)象過(guò)冷現(xiàn)象結(jié)晶溫度結(jié)晶溫度=熔化溫度熔化溫度冷卻速度越快，冷卻速度越快，過(guò)冷度越大過(guò)冷度越大T=T0-T13.1 3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶實(shí)際晶溫度實(shí)際晶溫度( )( )低于理論結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度( )( )這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為“過(guò)冷現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象象”。理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過(guò)冷度。理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度之差稱為過(guò)冷度( )( )。金屬結(jié)晶時(shí)過(guò)冷度的大小與冷卻速度有關(guān)。金屬結(jié)晶時(shí)過(guò)冷度的大小與冷卻速度有關(guān)。冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)

5、晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。冷卻速度越快，金屬的實(shí)際結(jié)晶溫度越低，過(guò)冷度也就越大。 10TTT1T0T上一頁(yè)下一頁(yè)返回3.1 3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶3.1.23.1.2純金屬的結(jié)晶過(guò)程純金屬的結(jié)晶過(guò)程純金屬的結(jié)晶過(guò)程是晶核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程。液態(tài)金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶過(guò)程是晶核形成和長(zhǎng)大的過(guò)程。液態(tài)金屬的結(jié)晶是在一定過(guò)冷度的條件下，從液體中首先形成一些微小而穩(wěn)是在一定過(guò)冷度的條件下，從液體中首先形成一些微小而穩(wěn)定的小晶體，稱為晶核。隨著溫度下降，晶核逐漸長(zhǎng)大。在定的小晶體，稱為晶核。隨著溫度下降，晶核逐漸長(zhǎng)大。在晶核長(zhǎng)大的同時(shí)，液體中又不斷產(chǎn)生新的晶核并不斷長(zhǎng)大，晶核長(zhǎng)大的同時(shí)，液體中

6、又不斷產(chǎn)生新的晶核并不斷長(zhǎng)大，直到它們互相接觸，液體完全消失為止，直到它們互相接觸，液體完全消失為止，圖圖3333是金屬的結(jié)是金屬的結(jié)晶過(guò)程示意圖。晶過(guò)程示意圖。上一頁(yè)下一頁(yè)返回圖圖33 33 純金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖純金屬結(jié)晶過(guò)程示意圖 返回晶核晶核晶界晶界晶粒晶粒3.1 3.1 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 3.1.3 3.1.3 晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)金屬力學(xué)性能的影響晶粒越細(xì)，金屬的強(qiáng)度和韌性越高晶粒越細(xì)，金屬的強(qiáng)度和韌性越高形核率形核率，長(zhǎng)大速度，長(zhǎng)大速度，則晶粒越小，則晶粒越小1 1增加過(guò)冷度增加過(guò)冷度2 2變質(zhì)處理變質(zhì)處理 3 3振動(dòng)處理振動(dòng)處理上一頁(yè)返回T增加使得N增加

7、澆筑前向金屬中加入變質(zhì)劑施加機(jī)械振動(dòng)、超聲波震動(dòng)等N比v增長(zhǎng)更快適用于中小鑄件3.2 3.2 合金的結(jié)晶合金的結(jié)晶 合金的結(jié)晶過(guò)程及所得的組織比純金屬?gòu)?fù)雜得多。同一個(gè)合金合金的結(jié)晶過(guò)程及所得的組織比純金屬?gòu)?fù)雜得多。同一個(gè)合金系，因成分的變化，其組織也不同；另一方面，同一成分的系，因成分的變化，其組織也不同；另一方面，同一成分的合金的組織隨溫度的不同而變化。因此，為了掌握合金的成合金的組織隨溫度的不同而變化。因此，為了掌握合金的成分、組織與性能之間的關(guān)系，必須了解合金的結(jié)晶過(guò)程，了分、組織與性能之間的關(guān)系，必須了解合金的結(jié)晶過(guò)程，了解合金中各組織的形成及變化的規(guī)律。相圖就是研究這些問(wèn)解合金中各組織的形成及變化的規(guī)律。相圖就是研究這些問(wèn)題的一種工具，它表示合金系在平衡條件下，在不同溫度成題的一種工具，它表示合金系在平衡條件下，在不同溫度成分下各相關(guān)系的圖解。分下各相關(guān)系的圖解。1 1 二元合金相圖的建立二元合金相圖的建立2 2 鉛銻二元合金相圖分析鉛銻二元合金相圖分析返回液相線液相線固相線固相線L鎳銅合金有較好的室溫力學(xué)性能鎳銅合金有較好的室溫力學(xué)性能和高溫強(qiáng)度，耐蝕性高耐磨性好，和高溫強(qiáng)度，耐蝕性高耐磨性好，容易加工，無(wú)磁性，是制造行波容易加工，無(wú)磁性，是制造行波管和其他電子管較好的結(jié)構(gòu)材料。管和其他電子管較好的結(jié)構(gòu)材料。還可