第二章純金屬的結晶

1、第二章 純金屬的結晶純金屬的結晶 1.凝固凝固 物質由液態(tài)轉變成固態(tài)的過程。物質由液態(tài)轉變成固態(tài)的過程。 2.結晶結晶 *晶體物質由液態(tài)轉變成固態(tài)的過程。晶體物質由液態(tài)轉變成固態(tài)的過程。 物質由液態(tài)轉變?yōu)楣涛镔|由液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為態(tài)的過程稱為凝固凝固。 物質由液態(tài)轉變?yōu)榫镔|由液態(tài)轉變?yōu)榫B(tài)的過程稱為態(tài)的過程稱為結晶結晶。 物質由一個相轉變?yōu)槲镔|由一個相轉變?yōu)榱硪粋€相的過程稱為另一個相的過程稱為相變相變。因而結晶過程因而結晶過程是相變過程。是相變過程。玻璃制品玻璃制品水晶水晶一、結晶的宏觀現(xiàn)象一、結晶的宏觀現(xiàn)象To（一）過冷現(xiàn)象（一）過冷現(xiàn)象1.純金屬結晶時的冷卻曲線純金屬結晶時的冷卻曲

2、線時間溫度溫度理論冷卻曲線理論冷卻曲線實際冷卻曲線實際冷卻曲線T1結晶平臺結晶平臺(是由結晶潛熱導致是由結晶潛熱導致)2. 過冷現(xiàn)象與過冷度過冷現(xiàn)象與過冷度 過冷現(xiàn)象過冷現(xiàn)象 過冷度過冷度 T = T0 T1 過冷是結晶的必要條件。過冷是結晶的必要條件。 霧凇霧?。ǘ┙Y晶潛熱（二）結晶潛熱 物質從一個相轉變?yōu)榱硪粋€相時，伴隨著放出或吸收的熱物質從一個相轉變?yōu)榱硪粋€相時，伴隨著放出或吸收的熱量稱為相變量稱為相變潛熱。潛熱。 金屬熔化時從固相轉變?yōu)橐合嘁諢崃?，而結晶時從液金屬熔化時從固相轉變?yōu)橐合嘁諢崃浚Y晶時從液相轉變?yōu)楣滔鄤t放出熱量，前者稱為熔化潛熱，后者稱為相轉變?yōu)楣滔鄤t放出熱量

3、，前者稱為熔化潛熱，后者稱為結晶潛熱。結晶潛熱的釋放和散失，是影響結晶過程結晶潛熱。結晶潛熱的釋放和散失，是影響結晶過程 的一個重要因素，應當予以重視。的一個重要因素，應當予以重視。二、金屬結晶的微觀過程二、金屬結晶的微觀過程 形核形核 長大長大形核、長大形核、長大 晶核形成后便向各方向生長，同晶核形成后便向各方向生長，同時又有新的晶核產生。時又有新的晶核產生。晶核不斷晶核不斷形成，不斷長大，直到液體完全形成，不斷長大，直到液體完全消失。消失。每個晶核最終長成一個晶每個晶核最終長成一個晶粒，兩晶粒接觸后形成晶界。粒，兩晶粒接觸后形成晶界。2.晶核的長大方式晶核的長大方式樹枝狀樹枝狀2.晶核的長

4、大方式晶核的長大方式樹枝狀樹枝狀第二節(jié)金屬結晶的熱力學條件第二節(jié)金屬結晶的熱力學條件 熵熵的物理意義是表征系統(tǒng)中的物理意義是表征系統(tǒng)中原子排列混亂程度的參數(shù)。原子排列混亂程度的參數(shù)。固態(tài)金屬自由能與液態(tài)金屬的自由固態(tài)金屬自由能與液態(tài)金屬的自由能，之差構成了能，之差構成了金屬結晶的驅動力。金屬結晶的驅動力。T0T1T液體和晶體自由能隨溫度變化液體和晶體自由能隨溫度變化第三節(jié)第三節(jié)金屬結晶的結構條件金屬結晶的結構條件近程有序結構近程有序結構結構起伏結構起伏結晶結晶遠程有序結構遠程有序結構金屬結晶的結構條件金屬結晶的結構條件 不斷變化著的近程有序原子集團稱為結構起伏，或稱為相起伏。 相起伏是晶核的胚

5、芽，稱為晶胚。第四節(jié)晶核的形成第四節(jié)晶核的形成 晶核的形成晶核的形成 在一定的過冷度下在一定的過冷度下, 一些短而有序的原子一些短而有序的原子變得穩(wěn)定，成為極細小的的晶體，即晶核變得穩(wěn)定，成為極細小的的晶體，即晶核形成。形成。 晶核形成的形式晶核形成的形式: *自發(fā)形核自發(fā)形核(均勻形核均勻形核) T = 200 *非自發(fā)形核非自發(fā)形核 (非均勻形核非均勻形核) T = 20一、均勻形核一、均勻形核（一）形核時的能量變化和臨界晶核半徑 假設過冷液體中出現(xiàn)一個半徑為r的球狀晶胚，它所引起的自由能變化為：vcvGrdrGdrGrG2043423得令 均勻形核均勻形核:T = 0.2T( (二二)

6、)形核功形核功形核功形核功由晶核周圍的液體對晶核做功提供。（結構起伏，能量起伏）晶核半徑與晶核半徑與G關系關系 對于過冷液體，出現(xiàn)G大小差別的幾率正比于 小于臨界尺寸的(也稱為晶胚)下一步減小到消失，大于臨界尺寸的可能不斷長大，也就是晶核。等于臨界尺寸大小的晶核高出平均能量的那部分稱為“形核功”。)exp(RTG臨界過冷度：隨著溫度下降，晶粒臨界尺寸減小，臨界形核功也下降，過冷度并不一定能形成晶核，還需要過冷度大于臨界過冷度。 純凈物質中，臨界過冷度大小等于0.2Tm。（三）形核率（三）形核率RTQRTGeeKNNN212非均勻形核 實際金屬結晶時常常依附在液體中的外來固體表面上（包括容器壁）

7、形核，這種形核方式稱為非均勻形核（非均質行核） 非均勻形核比均勻形核所需要的形核功要小，所以它可以在較小的過冷度下發(fā)生，形核容易。（一）臨界晶核半徑和形核功 均勻形核時的均勻形核時的主要阻力是晶核的表面能主要阻力是晶核的表面能，對于非均勻形核，當晶核依附于液態(tài)金屬對于非均勻形核，當晶核依附于液態(tài)金屬中存在的固相質點的表面上形核時，就有中存在的固相質點的表面上形核時，就有可能使表面能降低，從而使形核可以在較可能使表面能降低，從而使形核可以在較小的過冷度下進行。但是，在固相質點表小的過冷度下進行。但是，在固相質點表面上形成的晶核可能有各種不同的形狀，面上形成的晶核可能有各種不同的形狀，為了便于計算

8、，設晶核為球冠形，為了便于計算，設晶核為球冠形，非均勻形核cosLL)cos1 (221rS222sinrS )coscos32(3133rV非均勻形核SVGGVG221SSSGLLS)4coscos32)(434(323LVrGrGTLTGrmmLVLk22)4coscos32(431322LkkrG（二）形核率（二）形核率1.過冷度的影響2.固體雜質結構的影響固體雜質結構的影響 非均勻形核的形核功與角有關，角越小，形核功越小，形核率越高。l未熔雜質未熔雜質 熔體中混有未熔的固態(tài)雜質，往往可熔體中混有未熔的固態(tài)雜質，往往可作為形核的基體，提高形核率，特別是有結構相作為形核的基體，提高形核率，

9、特別是有結構相近者。近者。(為幫助形核人為加入的稱為孕育劑為幫助形核人為加入的稱為孕育劑)3.固體雜質表面的形狀 鑄型壁上的深孔或裂紋屬于凹曲面情況，在金屬鑄型壁上的深孔或裂紋屬于凹曲面情況，在金屬結晶時，這些地方有可能成為促進形核的有效界結晶時，這些地方有可能成為促進形核的有效界面。面。4.過熱度的影響。 過熱度是指金屬熔點與液態(tài)金屬溫度之差過熱度是指金屬熔點與液態(tài)金屬溫度之差。液態(tài)金。液態(tài)金屬的過熱度對非均勻形核有很大的影響。屬的過熱度對非均勻形核有很大的影響。 過熱度不大時過熱度不大時，可能不使現(xiàn)成質點的表面狀態(tài)有所，可能不使現(xiàn)成質點的表面狀態(tài)有所改變，這對非均勻形核沒有影響；改變，這對

10、非均勻形核沒有影響； 過熱度較大時過熱度較大時，有些質點的表面狀態(tài)改變了，如質，有些質點的表面狀態(tài)改變了，如質點內微裂縫及小孔減少，凹曲面變?yōu)槠矫?，使非均點內微裂縫及小孔減少，凹曲面變?yōu)槠矫妫狗蔷鶆蛐魏说暮诵臄?shù)目減少；勻形核的核心數(shù)目減少； 過熱度很大時過熱度很大時，將使固態(tài)雜質質點全部熔化，這就，將使固態(tài)雜質質點全部熔化，這就使非均勻形核轉變?yōu)榫鶆蛐魏?，形核率大大降低。使非均勻形核轉變?yōu)榫鶆蛐魏?，形核率大大降低?.其它影響因素 非均勻形核的形核率除受以上因素影響外，還受其它一系列物理因素的影響，例如在液態(tài)金屬凝固過程中進行振動或攪動，一方面可使正在長大的晶體碎裂成幾個結晶核心，另一方面又

11、可使受振動的液態(tài)金屬中的晶核提前形成。金屬的結晶形核有以下要點 液態(tài)金屬的結晶必須在液態(tài)金屬的結晶必須在過冷過冷的液體中進行，液的液體中進行，液態(tài)金屬的過冷度必須大于臨界過冷度，晶胚尺寸態(tài)金屬的過冷度必須大于臨界過冷度，晶胚尺寸必須大于臨界晶核半徑。前者提供形核的驅動力，必須大于臨界晶核半徑。前者提供形核的驅動力，后者是形核的熱力學條件所要求的。后者是形核的熱力學條件所要求的。 rk值大小與晶核表面能成正比，與過冷度成反值大小與晶核表面能成正比，與過冷度成反比。比。 形核既需要結構起伏，也需要能量起伏形核既需要結構起伏，也需要能量起伏. 晶核的形成過程是原子的擴散遷移過程，因此晶核的形成過程是

12、原子的擴散遷移過程，因此結晶必須在一定溫度下進行。結晶必須在一定溫度下進行。 在工業(yè)生產中，液體金屬的凝固總是以非均勻在工業(yè)生產中，液體金屬的凝固總是以非均勻形核方式進行。形核方式進行。第五節(jié)晶核長大 結晶過程的進行，更依賴于已有晶核的進一步長大。穩(wěn)定結晶過程的進行，更依賴于已有晶核的進一步長大。穩(wěn)定晶核出現(xiàn)，就進入了長大階段。晶核出現(xiàn)，就進入了長大階段。 晶體長大的條件是晶體長大的條件是：第一，液相不斷地向晶體擴散供應原第一，液相不斷地向晶體擴散供應原子，子，要求液相有足夠高的溫度，以使液態(tài)金屬原子具有足要求液相有足夠高的溫度，以使液態(tài)金屬原子具有足夠的擴散能力；夠的擴散能力； 第二，第二，

13、晶體表面能夠不斷而牢靠地接納這些原子，晶體表面能夠不斷而牢靠地接納這些原子，應符合應符合結晶過程的熱力學條件結晶過程的熱力學條件晶體長大時的體積自由能的降晶體長大時的體積自由能的降低應大于晶體表面能的增加，因此，晶體的長大必須在過低應大于晶體表面能的增加，因此，晶體的長大必須在過冷的液體中進行，但需要的過冷度比形核時小得多。冷的液體中進行，但需要的過冷度比形核時小得多。 決定晶體長大方式和長大速度的主要因素是決定晶體長大方式和長大速度的主要因素是晶核的界面結晶核的界面結構、界面附近的溫度分布及潛熱的釋放和逸散條件構、界面附近的溫度分布及潛熱的釋放和逸散條件。一、液固界面的微觀結構光滑型光滑型(

14、晶面型晶面型) ：界面上原子排列平整，通常為晶：界面上原子排列平整，通常為晶體的某一特定晶面，界面上缺位或單貼原子較少。體的某一特定晶面，界面上缺位或單貼原子較少。粗糙型粗糙型(非晶面型非晶面型) 界面上缺位或單貼原子較多，高高界面上缺位或單貼原子較多，高高低低，粗糙不平，不顯示任何晶面特征。大多金屬低低，粗糙不平，不顯示任何晶面特征。大多金屬材料時如此。材料時如此。設界面上可能具有的原子位置數(shù)為設界面上可能具有的原子位置數(shù)為N，NA個位置為固相原了個位置為固相原了所占據(jù)，那么界面上被固相原子占據(jù)位置的比例為所占據(jù)，那么界面上被固相原子占據(jù)位置的比例為x=NA/ N, 液相原子占據(jù)位置的比例為

15、液相原子占據(jù)位置的比例為1x。X50%時，時，界面即為粗糙界面。界面即為粗糙界面。 X0%或或100%，這樣的界這樣的界面為光滑界面。面為光滑界面。 純金屬和某結化合物其固液界面為粗糙型界面；純金屬和某結化合物其固液界面為粗糙型界面；許多有機化合物其固液界面為光滑型界面。許多有機化合物其固液界面為光滑型界面。二、晶核的長大機制（一）具有光滑界面的物質的長大機制（二維晶核長大機制）（一）具有光滑界面的物質的長大機制（二維晶核長大機制）晶體的長大只能依靠所謂的二維晶核方式，靠晶體的長大只能依靠所謂的二維晶核方式，靠液相中的結構起伏和能量起伏，使一定大小的液相中的結構起伏和能量起伏，使一定大小的原子

16、集團幾乎同時降落到光滑界面上，形成具原子集團幾乎同時降落到光滑界面上，形成具有一個原子厚度并且有一定寬度的平面原子集有一個原子厚度并且有一定寬度的平面原子集團。形成了一個大于臨界晶界面上形成穩(wěn)定狀團。形成了一個大于臨界晶界面上形成穩(wěn)定狀態(tài)。這晶核即為二維晶核。態(tài)。這晶核即為二維晶核。晶體以這種方式長大時，其長大速度十分緩慢晶體以這種方式長大時，其長大速度十分緩慢（單位時間內晶體長大的線速度稱為長大速度，（單位時間內晶體長大的線速度稱為長大速度，用用G表示，單位為表示，單位為Cm/s）。）。 (二)螺型位錯長大機制（三）連續(xù)長大機制 在粗糙界面上，幾乎有一半應按晶體規(guī)在粗糙界面上，幾乎有一半應按

17、晶體規(guī)律而排列的原子位置虛位以待，律而排列的原子位置虛位以待， 從液相中從液相中擴散過來的原子很容易填入這些位置，與晶擴散過來的原子很容易填入這些位置，與晶體連接起來。體連接起來。 在粗糙界面上的所有位置都是生長位置，在粗糙界面上的所有位置都是生長位置，液相原子可以連續(xù)垂直地向界面添加，界面液相原子可以連續(xù)垂直地向界面添加，界面的性質永遠不會改變，從而使界面迅速地向的性質永遠不會改變，從而使界面迅速地向液相推移。晶體缺陷在粗糙界面的生長過程液相推移。晶體缺陷在粗糙界面的生長過程中不起明顯作用。這種長大方式稱為連續(xù)長中不起明顯作用。這種長大方式稱為連續(xù)長大或均勻長大（垂直長大）。它的長大速度大或

18、均勻長大（垂直長大）。它的長大速度很快，大部分金屬晶體均以這種方式長大。很快，大部分金屬晶體均以這種方式長大。三、固液界面前沿液體中的溫度梯度正溫度梯度是指液正溫度梯度是指液固界面前沿的液體溫度隨到界面的距離固界面前沿的液體溫度隨到界面的距離的增加而升高，這時結晶過程的潛熱只能通過已凝固的固的增加而升高，這時結晶過程的潛熱只能通過已凝固的固體向外散失。體向外散失。負溫度梯度是指液負溫度梯度是指液固界面前沿的液體溫度隨到界面的距離固界面前沿的液體溫度隨到界面的距離的增加而降低，這時結晶過程的潛熱不僅可通過已凝固的的增加而降低，這時結晶過程的潛熱不僅可通過已凝固的固體向外散失，而且還可向低溫的液體

19、中傳遞。固體向外散失，而且還可向低溫的液體中傳遞。四、晶體生長的界面形狀晶體形態(tài)四、晶體生長的界面形狀晶體形態(tài)（一）正溫度梯度下晶體的長大（一）正溫度梯度下晶體的長大 平衡時界面的溫度為理論結晶溫度，液體的溫度高于理平衡時界面的溫度為理論結晶溫度，液體的溫度高于理論結晶溫度。當通過已凝固的固體散失熱量時，達到動態(tài)過論結晶溫度。當通過已凝固的固體散失熱量時，達到動態(tài)過冷的部分液體轉變?yōu)楣腆w，界面向前推移，到達理論結晶溫冷的部分液體轉變?yōu)楣腆w，界面向前推移，到達理論結晶溫度處，生長過程將停止。所以這時界面的形狀決定于散熱，度處，生長過程將停止。所以這時界面的形狀決定于散熱，實際上為理論結晶溫度的等

20、溫面。在小的區(qū)域內界面為平面，實際上為理論結晶溫度的等溫面。在小的區(qū)域內界面為平面，局部的不平衡帶來的小凸起因前沿的溫度較高而放慢生長速局部的不平衡帶來的小凸起因前沿的溫度較高而放慢生長速度，因此可理解為齊步走，稱為度，因此可理解為齊步走，稱為平面推進方式生長平面推進方式生長。（粗糙。（粗糙界面）界面）（二）（二）負溫度梯度下晶體的長大負溫度梯度下晶體的長大 粗糙界面，在小的區(qū)域內若粗糙界面，在小的區(qū)域內若為平面，局部的不平衡可帶來某為平面，局部的不平衡可帶來某些小凸起，因前沿的溫度較低而些小凸起，因前沿的溫度較低而有利生長，因而凸起的生長速度有利生長，因而凸起的生長速度將大于平均速度，凸起迅

21、速向前將大于平均速度，凸起迅速向前發(fā)展，可理解賽跑的競爭機制，發(fā)展，可理解賽跑的競爭機制，在凸起上可能再有凸起，如此發(fā)在凸起上可能再有凸起，如此發(fā)展而表現(xiàn)為數(shù)枝晶的方式長大。展而表現(xiàn)為數(shù)枝晶的方式長大。枝晶間的空隙最后填充，依然得枝晶間的空隙最后填充，依然得到一完整的晶體。到一完整的晶體。負溫度梯度負溫度梯度四、四、負溫度梯度下晶體的長大負溫度梯度下晶體的長大關于樹枝晶關于樹枝晶：按樹枝方式生長的晶體稱為樹枝晶，先凝固的稱為按樹枝方式生長的晶體稱為樹枝晶，先凝固的稱為主干，隨后是分支，再分支。值得指出的是：主干，隨后是分支，再分支。值得指出的是：純凈的材料結晶純凈的材料結晶完畢見不到樹枝晶，但

22、凝固過程中一般體積收縮，樹枝之間若得完畢見不到樹枝晶，但凝固過程中一般體積收縮，樹枝之間若得不到充分的液體補充，樹枝晶可保留下來；不到充分的液體補充，樹枝晶可保留下來； 生長中晶體分支生長中晶體分支受液體流動、溫差、重力等影響，同方向的分支可能出現(xiàn)小的角受液體流動、溫差、重力等影響，同方向的分支可能出現(xiàn)小的角度差，互相結合時會留下位錯；度差，互相結合時會留下位錯； 或材料中含有雜質，在結晶或材料中含有雜質，在結晶時固體中的雜質比液體少，最后不同層次的分枝雜質含量不相同，時固體中的雜質比液體少，最后不同層次的分枝雜質含量不相同，其組織中可見樹枝晶。其組織中可見樹枝晶。金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬

23、的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶金屬的樹枝晶冰的樹枝晶冰的樹枝晶五、長大速度具有粗糙界面的金屬，其長大機理為垂直長大，所需過冷度小，長具有粗糙界面的金屬，其長大機理為垂直長大，所需過冷度小，長大速度大。大速度大。具有光滑界面的金屬化合物、亞金屬（如具有光滑界面的金屬化合物、亞金屬（如Si,Sb 等）或非金屬等，等）或非金屬等，其長大機理有兩種方式：其一為二維晶核長大方式；其二為螺型位錯其長大機理有兩種方式：其一為二維晶核長大方式；其二為螺型位錯長大方式。它們的長大速度都很慢，所需的過冷度很大。長大方式。它們的長大速度都很慢，所需的過冷度很大。 晶體生長的界面形態(tài)與界面前沿的溫度梯度和界面的微觀

24、結構有晶體生長的界面形態(tài)與界面前沿的溫度梯度和界面的微觀結構有關，在正的溫度梯度下長大時，關，在正的溫度梯度下長大時，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，光滑界面的一些小晶面互成一定角度，呈鋸齒狀；呈鋸齒狀；粗糙界面的形態(tài)為平行粗糙界面的形態(tài)為平行 Tm等溫面的平直界面等溫面的平直界面，呈平面長大方式。在，呈平面長大方式。在負的溫度梯度下長大時，一般金屬和亞金屬的界面都呈樹枝狀，只有負的溫度梯度下長大時，一般金屬和亞金屬的界面都呈樹枝狀，只有那些那些值較高的物質仍然保持著光滑界面的形態(tài)。值較高的物質仍然保持著光滑界面的形態(tài)。六、晶粒大小的控制晶粒的大小稱為晶粒度。晶粒的大小稱為晶粒度?？捎镁Я５?/p>

25、平均面積或平均直徑表示。可用晶粒的平均面積或平均直徑表示。 工業(yè)生產上采用工業(yè)生產上采用晶粒度等級晶粒度等級來表示晶粒大小。來表示晶粒大小。 標準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細標準晶粒度共分八級，一級最粗，八級最細。通過。通過100倍顯微鏡倍顯微鏡下的晶粒大小與標準圖對照來評級。下的晶粒大小與標準圖對照來評級。細晶強化：用來提高材料強度的方法（金屬晶粒越細，強度和硬度細晶強化：用來提高材料強度的方法（金屬晶粒越細，強度和硬度越高，同時塑性韌性也越好）。越高，同時塑性韌性也越好）。 晶粒的大小取決于形核率和長大速度的相對大小。晶粒度取決于形核率N與長大速度G之比，比值越大，晶粒越細小。凡能促

26、進形核，抑制長大的因素，都能細化晶粒。1.控制過冷度V V冷冷T TN N晶粒細小晶粒細小2.2.變質處理變質處理 在澆注前向液態(tài)金屬中加入形核劑（變質劑），在澆注前向液態(tài)金屬中加入形核劑（變質劑），增加形核率或降低長大線速度，從而細化晶增加形核率或降低長大線速度，從而細化晶粒，即粒，即加速晶核的形成，使金屬晶粒細化。加速晶核的形成，使金屬晶粒細化。v3機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。Al-Si合金組織合金組織緩冷緩冷快冷快冷未變質未變質變質變質鑄鐵變質處理前鑄鐵變質處理前后的組織后的組織變質處理前變質處理前變質處理后變質處理后變質處理使組織變質處理使組織細

27、化。變質劑為細化。變質劑為硅鐵或硅鈣合金。硅鐵或硅鈣合金。第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷第六節(jié)金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷 一、鑄錠三晶區(qū)的形成一、鑄錠三晶區(qū)的形成 （一）表層細晶區(qū)（一）表層細晶區(qū)（二）柱（二）柱.狀晶區(qū)狀晶區(qū) 1.結晶前沿的液體中有適當?shù)倪^冷度，過冷度很小。不能結晶前沿的液體中有適當?shù)倪^冷度，過冷度很小。不能生成晶核，但有利于細晶區(qū)靠近液相的某些小晶粒的繼續(xù)生成晶核，但有利于細晶區(qū)靠近液相的某些小晶粒的繼續(xù)長大，而離界面稍遠處的液態(tài)尚處于過熱之中，自然也不長大，而離界面稍遠處的液態(tài)尚處于過熱之中，自然也不能形核。因此結晶主要靠這些小晶粒的繼續(xù)長大來進行。能形核。因此結晶主要靠這

28、些小晶粒的繼續(xù)長大來進行。 2.垂直于模壁方向散熱最快，因而晶體沿其相反方向擇優(yōu)垂直于模壁方向散熱最快，因而晶體沿其相反方向擇優(yōu)生長成柱狀晶。生長成柱狀晶。 柱狀晶區(qū)形成的外因是傳熱的方向性，內因是晶體生長的柱狀晶區(qū)形成的外因是傳熱的方向性，內因是晶體生長的各向異性各向異性 柱狀晶就可以一直長大到鑄錠中心，直到與其它柱狀晶就可以一直長大到鑄錠中心，直到與其它柱狀晶相遇而止，這種鑄錠組織稱為穿晶組織，柱狀晶相遇而止，這種鑄錠組織稱為穿晶組織，（三）（三）中心等軸晶區(qū)中心等軸晶區(qū) 凝固的進行后期，四周散熱和液體的對流，中心的凝固的進行后期，四周散熱和液體的對流，中心的溫度達到均勻，降到凝固店以下后

29、，表層晶粒的沉溫度達到均勻，降到凝固店以下后，表層晶粒的沉降、生長中碎斷晶枝的沖入可作為核心，且可向四降、生長中碎斷晶枝的沖入可作為核心，且可向四周均勻生長，形成等軸晶。晶核數(shù)量的有限，該區(qū)周均勻生長，形成等軸晶。晶核數(shù)量的有限，該區(qū)間的晶粒通常較粗大。間的晶粒通常較粗大。 力學性能力學性能 表層硬表層硬柱狀區(qū)有方向形柱狀區(qū)有方向形中心疏松、多雜質中心疏松、多雜質二鑄錠組織的控制二鑄錠組織的控制 影響柱狀晶區(qū)的因素：影響柱狀晶區(qū)的因素： 1.鑄錠模的冷卻能力鑄錠模的冷卻能力 鑄錠模及剛結晶的固體的導熱能力越大，越有利于柱狀晶鑄錠模及剛結晶的固體的導熱能力越大，越有利于柱狀晶的生成。的生成。 2

30、.澆注溫度與澆注速度澆注溫度與澆注速度 柱狀晶的長度隨澆注溫度的提高而增加，當澆注溫度達柱狀晶的長度隨澆注溫度的提高而增加，當澆注溫度達到一定值時，可以獲得完全的柱狀晶區(qū)。到一定值時，可以獲得完全的柱狀晶區(qū)。 3.熔化溫度熔化溫度 熔化溫度越高，液態(tài)金屬的過熱度越大，晶枝熔化溫度越高，液態(tài)金屬的過熱度越大，晶枝的碎枝殘片和的碎枝殘片和非金屬夾雜物熔解得越多，形核數(shù)目減少，減少柱狀晶前沿液體中形非金屬夾雜物熔解得越多，形核數(shù)目減少，減少柱狀晶前沿液體中形核的可能性，有利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。核的可能性，有利于柱狀晶區(qū)的發(fā)展。三鑄錠的缺陷三鑄錠的缺陷 （一）縮孔 1.集中縮孔縮孔縮孔2.分散縮孔（縮松）分散縮孔（縮松）宏觀縮松多分布在鑄件最后凝固的部位