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• 2.1 纯金属的结晶 2.1.1 凝固的基本概念 1.晶体的结晶 金属自液态(晶态或非晶态)经冷却转 变为固态晶体的过程称为金属的结晶过程。 金属由液态转变为固态的结晶过程,实质 上就是原子由不稳定的近程有序状态过渡为稳 定的长程有序状态的过程。 金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一 次结晶,而金属从一种固态过渡为另一种固体 的转变称为二次结晶。
1. 过冷度影响 一定体积的液态金属中,若成核速率N越大, 则结晶后的晶粒越多, 晶粒就越细小; 晶体长大速度G越快, 则晶粒越粗。 核速率N: 个/m3· s 单位时间单位体积形成的晶核数,
晶体长大速度G:单位时间晶体长大的长度, m/s
随着过冷度的增加, 成核速 率和长大速度均会增大。但当过 冷度超过一定值后,成核速率和 长大速度都会下降。这是由于液 体金属结晶时成核和长大,均需 原子扩散才能进行。当温度太低 时,原子扩散能力减弱,因而成 核速率和长大速度都降低。 对于液体金属,一般不会得 到如此大的过冷度,通常处于曲 线的左边上升部分。所以, 随着 过冷度的增大,成核速率和长大 速度都增大,但前者的增大更快, 因而比值N/G也增大, 结果使晶 粒细化。
晶体长大速度G:单位时间晶体长大的长度, m/s
随着过冷度的增加, 成核速率和长大速度 均会增大。但当过冷 度超过一定值后,成 核速率和长大速度都 会下降。这是由于液 体金属结晶时成核和 长大,均需原子扩散 才能进行。当温度太 低时,原子扩散能力 减弱,因而成核速率 和长大速度都降低。
2. 变质处理 变质处理就是在液体金属中加入孕育剂或变 质剂,以细化晶粒和改善组织。变质剂的作用 在于增加晶核的数量或者阻碍晶核的长大。例 如,在铝合金液体中加入钛、锆;钢水中加入 钛、钒、铝,铸铁中加入硅铁、硅钙、硅钙钡 合金,都可使晶粒细化。