第三章材料的凝固与结晶组织§3.1概述§3.2纯金属的结晶§3.3合金的结晶与相图§3.4铸态组织与冶金缺陷思考思考1.纯金属的强度不高，耐热、耐蚀性能较差，如何改善？2.合金的结晶过程是否与纯金属的结晶过程相同？3.相同成分不同含量的合金的结晶过程是否相同？怎样表示？§3.1概述一、凝固与结晶的概念1.凝固：物质由液态转化为固态的过程。2.结晶：物质由一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变过程。（1）一次结晶（2）二次结晶二、晶态1.结构（1）晶态是原子在三维空间中有规则地周期性重复排列的物质。（2）非晶态是一种短程有序、长程无序的混合结构。非晶态硒（形成结晶前凝固）硒鼓静电成像、图书馆、超市物品中用了非晶态软磁材料条带（传感器标签）。§3.1概述二、晶态2.物理性能（1）有各向异性；（2）有固定的熔点；（3）在一定条件下有规则的几何外形。§3.1概述晶体有确定的熔点熔点晶体非晶体时间温度晶体和非晶体的熔化曲线§3.1概述§3.2纯金属的结晶一、结晶条件二、结晶过程三、结晶晶粒大小及控制四、晶体的同素异构温度TTmTn∆T纯金属结晶时的冷却曲线一、结晶条件时间τΔT=Tm-TnTm---理论结晶温度Tn---实际结晶温度过冷度§3.2纯金属的结晶一、结晶条件自由能G∆TTmTnGL∆GGS温度T纯金属在液态和固态的自由能--温度曲线:§3.2纯金属的结晶ΔG即结晶驱动力二、结晶过程液态金属结晶是由形核和长大两个密切联系的基本过程实现的。§3.2纯金属的结晶结晶过程视频二、结晶过程液态金属结晶是由形核和长大两个密切联系的基本过程实现的。§3.2纯金属的结晶二、结晶过程1.晶核的形成（1）自发形核（2）非自发形核§3.2纯金属的结晶二、结晶过程2.晶体的长大（1）平面长大（2）树枝状长大§3.2纯金属的结晶结晶过程flash演示二、结晶过程2.晶体的长大（1）平面长大（2）树枝状长大§3.2纯金属的结晶金属的树枝晶二、结晶过程§3.2纯金属的结晶冰的树枝晶三、结晶晶粒大小及控制晶粒的大小用晶粒度表示，晶粒度等级数值越大晶粒越细。晶粒度等级12345678单位面积晶粒数/（个·mm-2)16326412825651210242048晶粒平均直径/mm0.2500.1770.1250.0880.0620.0440.0310.0221.晶粒度§3.2纯金属的结晶三、结晶晶粒大小及控制晶粒的大小对金属性能的影响：（1）常温下，晶粒越小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。（2）高温下工作的金属晶粒过于细小反而不好，晶粒大小适中即可。（3）对于用来制造电机和变压器的硅钢片来说，晶粒粗大反而好。是因为晶粒越粗大，磁滞损耗小，效能就高。§3.2纯金属的结晶细晶强化：晶粒细化使金属力学性能提高的现象晶粒尺寸越小，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好。（1）细晶强化：强、硬度↑塑、韧性↑（2）固溶强化：强、硬度↑塑、韧性↓（3）形变强化：强、硬度↑塑、韧性↓（4）弥散强化：强、硬度↑塑、韧性↓几种强化方式的比较：三、结晶晶粒大小及控制§3.2纯金属的结晶GN过冷度ΔT2.晶粒大小的控制晶粒的大小取决于形核率N、长大速度G的相对大小，即的大小。形核率N长大速度G§3.2纯金属的结晶三、结晶晶粒大小及控制控制晶粒大小的方法：（1）控制过冷度V冷△TN晶粒细小（2）变质处理（3）振动处理§3.2纯金属的结晶三、结晶晶粒大小及控制控制晶粒大小的方法：（1）控制过冷度V冷↑→△T↑→N↑→晶粒细小（2）变质处理（3）振动处理四、晶体的同素异构固态金属在不同温度和压力下呈不同类型的晶体结构的现象，称为同素异构转变。§3.2纯金属的结晶Fe、Co、Sn、Mn等元素都具有同素异构性§3.3合金的结晶与相图一、合金相结构二、二元合金相图（一）匀晶相图（二）共晶相图（三）共析相图合金：由金属元素与其他元素（这些元素可以是金属元素，也可以是非金属元素）组成的有金属特征的金属材料。思考思考金属与非金属组成的是不是一定就是合金？Fe+CFe-C合金（钢）Fe3C(化合物）§3.3合金的结晶与相图一、合金相结构§3.3合金的结晶与相图1.合金两种或两种以上的金属元素，或金属与非金属元素所组成的具有金属特性的物质。一、合金相结构3.相合金中具有同一化学成分、同一聚集...
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