[工學]金屬學與熱處理教案--第四章ppt課件

1、第四章第四章 純金屬的結(jié)晶純金屬的結(jié)晶 2、結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到晶體的過程。、結(jié)晶：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到晶體的過程。根本根本概念概念1、凝固：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)的過程。、凝固：物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變到固態(tài)的過程。一、液態(tài)金屬的構(gòu)造特點一、液態(tài)金屬的構(gòu)造特點第一節(jié)第一節(jié) 純金屬結(jié)晶的景象純金屬結(jié)晶的景象“長程無序、短程有序、此起彼伏、時聚時散長程無序、短程有序、此起彼伏、時聚時散 液態(tài)金屬中存在著濃度、構(gòu)造和能量三大起伏液態(tài)金屬中存在著濃度、構(gòu)造和能量三大起伏二、二、 金屬結(jié)晶過程中的宏觀景象金屬結(jié)晶過程中的宏觀景象1 1、過冷景象、過冷景象 液體金屬在其實際結(jié)晶溫度下仍能堅持液態(tài)的景象稱為過冷。液體金

2、屬在其實際結(jié)晶溫度下仍能堅持液態(tài)的景象稱為過冷。3、金屬結(jié)晶時冷卻曲線及其分析、金屬結(jié)晶時冷卻曲線及其分析 結(jié)晶開場溫度；結(jié)晶開場溫度； 結(jié)晶潛熱的作用；結(jié)晶潛熱的作用； 結(jié)晶過程中的熱平衡與穩(wěn)定結(jié)晶。結(jié)晶過程中的熱平衡與穩(wěn)定結(jié)晶。2、結(jié)晶潛熱、結(jié)晶潛熱 1mol物質(zhì)從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體相物質(zhì)從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)晶體相時，伴隨著放出或吸收的熱量稱為結(jié)時，伴隨著放出或吸收的熱量稱為結(jié)晶潛熱。晶潛熱。三、三、 金屬結(jié)晶的微觀過程金屬結(jié)晶的微觀過程1、液體金屬的結(jié)晶普通包括形核和晶核的長大兩個根本過程。、液體金屬的結(jié)晶普通包括形核和晶核的長大兩個根本過程。 形核：指在液體金屬中構(gòu)成微小的晶體中心晶核的過

3、程。形核：指在液體金屬中構(gòu)成微小的晶體中心晶核的過程。 晶核的長大：指晶核不斷向晶核的長大：指晶核不斷向 液體金屬中生長的過程。液體金屬中生長的過程。3、普通情況下液態(tài)金屬結(jié)晶后、普通情況下液態(tài)金屬結(jié)晶后 構(gòu)成許多晶粒組成的多晶體。構(gòu)成許多晶粒組成的多晶體。2、每一個晶核長大最后構(gòu)成一、每一個晶核長大最后構(gòu)成一 個晶粒。個晶粒。4、多晶體的空間取向是隨機的，、多晶體的空間取向是隨機的， 普通金屬具有偽各向同性。普通金屬具有偽各向同性。第二節(jié)第二節(jié) 金屬結(jié)晶的熱力學條件金屬結(jié)晶的熱力學條件GV =H GV =H TS TS GV =GV =HSHSHLHLT TSSSSSLSL1 1、金屬從液相

4、轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r，體系吉布斯自在能的變化、金屬從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄷r，體系吉布斯自在能的變化GVGV 3 3、當、當 T = Tm T = Tm時，時， 有有 GV = 0 GV = 0 2 2、恒壓下，結(jié)晶潛熱、恒壓下，結(jié)晶潛熱LmLm為：為： Lm= Lm=HSHSHLHLP P所以有所以有 S = SS S = SS SL= SL=Lm/TmLm/Tm4 4、當在實踐溫度、當在實踐溫度T T下結(jié)晶時有下結(jié)晶時有 GV = GV =LmLmT TLm/TmLm/Tm其中，其中，T = TmT = Tm T T， 稱為過冷度。稱為過冷度。即即TTLTLTLGmmmmmV)( 1 1、因、因SSSSS

5、LSL0,0,故故Lm Lm 0 0。可見，液態(tài)金屬的結(jié)晶過?？梢姡簯B(tài)金屬的結(jié)晶過 程為一放熱過程。程為一放熱過程。討論討論 ：2 2、使結(jié)晶過程自發(fā)進展，必需使、使結(jié)晶過程自發(fā)進展，必需使GV GV 0,0,而這必需使：而這必需使： T = Tm T = TmT T 0 0 可見，液體金屬結(jié)晶的熱力學條件是實踐溫度必需可見，液體金屬結(jié)晶的熱力學條件是實踐溫度必需在實際熔點之下，即存在過冷度在實際熔點之下，即存在過冷度T T 。此時。此時GV GV 的絕對的絕對值即為液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動力。值即為液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動力。第三節(jié)第三節(jié) 晶核的構(gòu)成晶核的構(gòu)成一、一、 均勻形核均勻形核1、晶體結(jié)晶時，

6、晶核的構(gòu)成不借助于任何的外界協(xié)助、而僅靠液態(tài)金屬、晶體結(jié)晶時，晶核的構(gòu)成不借助于任何的外界協(xié)助、而僅靠液態(tài)金屬 內(nèi)部存在的構(gòu)造和能量及成分起伏來完成。內(nèi)部存在的構(gòu)造和能量及成分起伏來完成。2、均勻形核時晶核的來源為液態(tài)金屬中存在的有、均勻形核時晶核的來源為液態(tài)金屬中存在的有 序陳列的原子集團序陳列的原子集團 晶胚。晶胚。3 3、晶胚成為能穩(wěn)定存在并長大的晶核的條件、晶胚成為能穩(wěn)定存在并長大的晶核的條件 設(shè)晶胚為半徑為設(shè)晶胚為半徑為r球形，那么晶胚構(gòu)成后吉球形，那么晶胚構(gòu)成后吉布斯自在能變化布斯自在能變化G：ArGrGAVGGVV234)34(drGdTTm0 假設(shè)要晶胚穩(wěn)定存在并生長，那么必需

7、滿足：假設(shè)要晶胚穩(wěn)定存在并生長，那么必需滿足： 由式由式3得晶核的臨界半徑得晶核的臨界半徑rk:GrVk2TLTrmmk2臨界晶核形勝利臨界晶核形勝利GkGk為：為： TLTGGGmmkVk22323)(316)(316一、一、 均勻形核均勻形核 過冷度過冷度TT越大，那么越大，那么rkrk、G kG k越小，液態(tài)中的晶胚成為晶核的越小，液態(tài)中的晶胚成為晶核的 能夠性越大。能夠性越大。23216)4(VkkGrA 當在液態(tài)中構(gòu)成一臨界晶核時，添加的外表積當在液態(tài)中構(gòu)成一臨界晶核時，添加的外表積 Ak Ak為為: : T = 0 T = 0，G k = 0G k = 0、rk = rk = 。任

8、何晶胚都不能夠成為晶核。任何晶胚都不能夠成為晶核。由此得由此得:AGkk31 臨界形核功為外表能的三分之一。闡明臨界晶核構(gòu)成時，液臨界形核功為外表能的三分之一。闡明臨界晶核構(gòu)成時，液-固固兩相的吉布斯自在能差可補償臨界晶核外表能的三分之二，而剩余兩相的吉布斯自在能差可補償臨界晶核外表能的三分之二，而剩余的三分之一的外表能必需靠液態(tài)中的能量起伏來滿足。的三分之一的外表能必需靠液態(tài)中的能量起伏來滿足。討論：討論： 在一定的過冷度下體系中出現(xiàn)高于平均能量在一定的過冷度下體系中出現(xiàn)高于平均能量G kG k的幾率為：的幾率為：)/exp(RTGA)/exp(RTGk4、形核率、形核率 單位時間內(nèi)單位體積

9、液態(tài)金屬中構(gòu)成的晶核數(shù)目。形核率單位時間內(nèi)單位體積液態(tài)金屬中構(gòu)成的晶核數(shù)目。形核率N的大小取決于液體中的能量、構(gòu)造起伏。的大小取決于液體中的能量、構(gòu)造起伏。 在一定溫度下，原子可以從一平衡位置越過能壘在一定溫度下，原子可以從一平衡位置越過能壘G A-G A-激活激活 能到達另一平衡位置的幾率為：能到達另一平衡位置的幾率為： 綜合上述兩種要素可知，均質(zhì)形核時形核率綜合上述兩種要素可知，均質(zhì)形核時形核率N為：為：RTGRTGKNAkV)exp()exp(討論：討論：1隨著溫度的下降，一方面，原子的活動才干降低，不利于形隨著溫度的下降，一方面，原子的活動才干降低，不利于形核；另一方面，過冷度添加，形

10、核功降低，有利于形核。核；另一方面，過冷度添加，形核功降低，有利于形核。2在某一過冷度在某一過冷度臨界過冷度下，形臨界過冷度下，形核率到達最大值。普通核率到達最大值。普通當過冷度到達當過冷度到達0.2Tm時，時，形核率即迅速添加，此形核率即迅速添加，此時所對應(yīng)的溫度稱為有時所對應(yīng)的溫度稱為有效成核溫度。效成核溫度。 二、非均勻形核二、非均勻形核）（非AVGGV 液體形核時，依托存在于液體金屬中的各種固體顆粒液體形核時，依托存在于液體金屬中的各種固體顆粒 或依靠于母相中某或依靠于母相中某些界面上的形核過程。些界面上的形核過程。 如圖，非均質(zhì)形核時在基底外表如圖，非均質(zhì)形核時在基底外表B上構(gòu)成上構(gòu)

11、成一球冠狀的晶核，體系的吉布斯自在能變化一球冠狀的晶核，體系的吉布斯自在能變化G非為：非為： 設(shè)固相晶核外表的曲率半徑為設(shè)固相晶核外表的曲率半徑為r,晶核與底面的接觸角為晶核與底面的接觸角為，那么球冠的體積為：那么球冠的體積為：)3coscos32(33rV 1、形核、形核功功 )coscos32 (3/2SLrA ）液體液體- -晶核和晶核晶核和晶核- -基底面間的截面積基底面間的截面積AL/SAL/S和和 AS/BAS/B分別為：分別為：思索到思索到 L/B =S/B +L/S cos L/B =S/B +L/S cos那么有那么有AAL/S AL/S +L/S AL/S +S/B-S/B

12、-L/BL/BAS/BAS/BAL/S = 2r2AL/S = 2r21-cos1-cosAS/B=r2sin2AS/B=r2sin2即即 故非自發(fā)生核的自在能變化G非為：）（均非非4coscos32)4coscos32)(434(23/23GGrGrGSLV0)(drGd）（均非4coscos3222kkVkGGGr令令 ，可求得：，可求得：14coscos3203 L/BS/B +L/S L/BS/B +L/S 時，時，coscos，kk， 固體基底本身即可視為現(xiàn)成的晶核，無須形核可直接長大。固體基底本身即可視為現(xiàn)成的晶核，無須形核可直接長大。 結(jié) 論：1 1球冠形的非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核有

13、一樣的臨界半徑。隨過冷度的添球冠形的非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核有一樣的臨界半徑。隨過冷度的添加，臨界半徑和形核功都下降，有利于形核，形核率隨過冷度的添加而加，臨界半徑和形核功都下降，有利于形核，形核率隨過冷度的添加而上升。上升。2=時，時， ，有利于形核。，有利于形核。 S/BL/B+L/S 時，時，,cos，kk， 闡明這種固體不起非均質(zhì)形核的基底作用。闡明這種固體不起非均質(zhì)形核的基底作用。3晶核和基底之間的界面能越晶核和基底之間的界面能越小，越容易發(fā)生非均質(zhì)生核。向小，越容易發(fā)生非均質(zhì)生核。向液體金屬中參與與晶核之間有小液體金屬中參與與晶核之間有小角面能的固體顆粒，可大大促進角面能的固體顆粒，可

14、大大促進非均質(zhì)生核的過程。非均質(zhì)生核的過程。4假設(shè)基底界面不是平面，而是一曲面，那么凹面假設(shè)基底界面不是平面，而是一曲面，那么凹面 對形核的促進作用更高。對形核的促進作用更高。 結(jié)論：1過冷度的影響：過冷度的影響： 2、形核率及其影響要素、形核率及其影響要素 非均勻形核的形核率與均勻形核類似，除受過冷度和溫度影響外，還受非均勻形核的形核率與均勻形核類似，除受過冷度和溫度影響外，還受固態(tài)雜質(zhì)的構(gòu)造、數(shù)量、形貌及其他物理要素的影響。固態(tài)雜質(zhì)的構(gòu)造、數(shù)量、形貌及其他物理要素的影響。非均勻形核的過冷度約為均勻形核的非常之一。非均勻形核的過冷度約為均勻形核的非常之一。2雜質(zhì)構(gòu)造的影響：雜質(zhì)構(gòu)造的影響：

15、固態(tài)雜質(zhì)與金屬的構(gòu)造、尺寸越接近，那么形核固態(tài)雜質(zhì)與金屬的構(gòu)造、尺寸越接近，那么形核率率 就越高?；钚再|(zhì)點的作用。就越高?；钚再|(zhì)點的作用。3固態(tài)雜質(zhì)形貌的影響：固態(tài)雜質(zhì)形貌的影響： 凹曲面的形核效能最高，平面居中，而凸曲面的形凹曲面的形核效能最高，平面居中，而凸曲面的形 核效能最低。核效能最低。4過熱度的影響：過熱度的影響： 過熱度不大時對非均勻形核幾乎無影響；過熱度較大過熱度不大時對非均勻形核幾乎無影響；過熱度較大 時，使非均勻形核數(shù)目減少；過熱度很大時，使固體時，使非均勻形核數(shù)目減少；過熱度很大時，使固體 雜質(zhì)全部熔化，形核率大大降低。雜質(zhì)全部熔化，形核率大大降低。5其他要素的影響：其他要

16、素的影響： 攪拌和振動使晶體碎裂，使液態(tài)金屬中的晶核提早形攪拌和振動使晶體碎裂，使液態(tài)金屬中的晶核提早形 成，從而大大添加形核率。成，從而大大添加形核率。 2、形核率及其影響要素、形核率及其影響要素 第四節(jié) 晶核的長大 一、液、固界面的微觀構(gòu)造 1、晶體長大動態(tài)過程的本質(zhì)及其條件當體系中存在液、固兩相時，液、固兩相界面處同時存在著原子當體系中存在液、固兩相時，液、固兩相界面處同時存在著原子由液相轉(zhuǎn)移到固相和由固相轉(zhuǎn)移到液相兩個相反過程。晶體長大動由液相轉(zhuǎn)移到固相和由固相轉(zhuǎn)移到液相兩個相反過程。晶體長大動態(tài)過程本質(zhì)為：同一時間內(nèi)，由液相中轉(zhuǎn)移到固相中原子的數(shù)量大態(tài)過程本質(zhì)為：同一時間內(nèi)，由液相中

17、轉(zhuǎn)移到固相中原子的數(shù)量大于由固相中轉(zhuǎn)移到液相中原子的數(shù)量。于由固相中轉(zhuǎn)移到液相中原子的數(shù)量。imKTTT晶體的長大必需在當界面溫度晶體的長大必需在當界面溫度TiTi低于其熔點溫度低于其熔點溫度TmTm時時才干實現(xiàn)，即必需存在一動態(tài)過冷度才干實現(xiàn)，即必需存在一動態(tài)過冷度TkTk：原子發(fā)生界面轉(zhuǎn)移的方式取決于液、固界面構(gòu)造和界面前沿液原子發(fā)生界面轉(zhuǎn)移的方式取決于液、固界面構(gòu)造和界面前沿液相中溫度分布。相中溫度分布。2 2、液、固界面的微觀構(gòu)造、液、固界面的微觀構(gòu)造a a平滑型晶面型界面：平滑型晶面型界面： 固相界面上原子陳列成整齊的原子平面。平滑型界面微觀固相界面上原子陳列成整齊的原子平面。平滑型

18、界面微觀 上成平面，但在宏觀上卻因存在生長臺階而呈粗糙狀。上成平面，但在宏觀上卻因存在生長臺階而呈粗糙狀。b b粗糙型非晶面型界面：粗糙型非晶面型界面： 固相界面上原子陳列高高低低、粗糙不平。微觀上粗糙但固相界面上原子陳列高高低低、粗糙不平。微觀上粗糙但 在宏觀上呈平直狀。在宏觀上呈平直狀。1 1、粗糙型界面晶體的生長形狀、粗糙型界面晶體的生長形狀 固固/液界面上一切位置對于由液體向固體轉(zhuǎn)移的原子都是等效的，長大過液界面上一切位置對于由液體向固體轉(zhuǎn)移的原子都是等效的，長大過程為：經(jīng)過液相原子向界面上一切位置同時轉(zhuǎn)移的方式進展，使整個界面沿程為：經(jīng)過液相原子向界面上一切位置同時轉(zhuǎn)移的方式進展，使

19、整個界面沿其法線方向向液相中挪動。其法線方向向液相中挪動。二、熔體中晶體的生長形狀二、熔體中晶體的生長形狀 固固/ /液界面平面推進，垂直生長；生長方式所需的動態(tài)過冷度僅液界面平面推進，垂直生長；生長方式所需的動態(tài)過冷度僅為為0.01-0.050.01-0.05度，長大速度很快。度，長大速度很快。1 1、粗糙型界面晶體的生長形狀、粗糙型界面晶體的生長形狀二、熔體中晶體的生長形狀二、熔體中晶體的生長形狀 結(jié)晶潛熱必需經(jīng)過固相散去結(jié)晶潛熱必需經(jīng)過固相散去 此此時界面的挪動受熱量經(jīng)過固體散去的時界面的挪動受熱量經(jīng)過固體散去的速度的控制。動態(tài)過冷度很小，固速度的控制。動態(tài)過冷度很小，固/ /液界面維持

20、在溫度為液界面維持在溫度為TmTm的等溫面上。的等溫面上。即使有偶爾的局即使有偶爾的局 部凸起，也會因前部凸起，也會因前端溫度高而放慢生長速度。故在單向端溫度高而放慢生長速度。故在單向散熱條件下，等溫面為一平面，固散熱條件下，等溫面為一平面，固/ /液界面在宏觀上堅持平整。液界面在宏觀上堅持平整。1正溫度梯度條件下正溫度梯度條件下 結(jié)晶潛熱經(jīng)過固體和液體同時散出，界面挪動不再受控于經(jīng)過固結(jié)晶潛熱經(jīng)過固體和液體同時散出，界面挪動不再受控于經(jīng)過固體散熱。假設(shè)在固體散熱。假設(shè)在固/ /液界面上部分的凸起，那么凸起部分將遇到較低溫液界面上部分的凸起，那么凸起部分將遇到較低溫的液體，以更快的速度向液體中

21、生長，構(gòu)成一個凸起的主干。在此主的液體，以更快的速度向液體中生長，構(gòu)成一個凸起的主干。在此主干上又可生長出二次、三次晶枝，最后構(gòu)成樹枝狀晶。干上又可生長出二次、三次晶枝，最后構(gòu)成樹枝狀晶。2負溫度梯度條件下負溫度梯度條件下1 1、粗糙型界面晶體的生長形狀、粗糙型界面晶體的生長形狀1 1、粗糙型界面晶體的生長形狀、粗糙型界面晶體的生長形狀 液液/固界面根本為完好的平面，單個原子固界面根本為完好的平面，單個原子的附著會提高能量，添加外表積。其生長的附著會提高能量，添加外表積。其生長方式為：首先在有臺階的地方原子不斷添方式為：首先在有臺階的地方原子不斷添加到臺階上，從而使晶核不斷長大；在無加到臺階上

22、，從而使晶核不斷長大；在無臺階時，那么首先在平整的界面上構(gòu)成二臺階時，那么首先在平整的界面上構(gòu)成二維晶核，隨后原子在二維晶核的側(cè)面臺階維晶核，隨后原子在二維晶核的側(cè)面臺階處添加不斷擴展直至覆蓋整個界面，然后處添加不斷擴展直至覆蓋整個界面，然后再構(gòu)成二維臺階，如此往復(fù)。再構(gòu)成二維臺階，如此往復(fù)。2 2、光滑型界面晶體的生長形狀、光滑型界面晶體的生長形狀 該生長方式所需的能量較大，構(gòu)成二維晶核要一定的臨界尺寸。故其生長該生長方式所需的能量較大，構(gòu)成二維晶核要一定的臨界尺寸。故其生長速度相對較慢，所需動態(tài)過冷度約為速度相對較慢，所需動態(tài)過冷度約為1-2度。度。 長大的界面受傳熱條件長大的界面受傳熱條

23、件控制，宏觀界面為控制，宏觀界面為TmTmTkTk的等溫面。當?shù)葴孛媾c最低的等溫面。當?shù)葴孛媾c最低外表能晶面不平行時，界面外表能晶面不平行時，界面被分割成一系列小臺階，長被分割成一系列小臺階，長大過程為原子添加到臺階處，大過程為原子添加到臺階處，經(jīng)過臺階位置加高而到達界經(jīng)過臺階位置加高而到達界面的推進。面的推進。2 2、光滑型界面晶體的生長形狀、光滑型界面晶體的生長形狀1正溫度梯度條件下正溫度梯度條件下 此時，各個方向都有利于此時，各個方向都有利于生長，界面的外形主要受控于生長，界面的外形主要受控于晶體的外表能。晶體的外表能。2 2、光滑型界面晶體的生長形狀、光滑型界面晶體的生長形狀 實踐晶體

24、界面處存在的不實踐晶體界面處存在的不規(guī)那么缺陷往往有利于晶體的規(guī)那么缺陷往往有利于晶體的生長。故實踐晶體的長大速度生長。故實踐晶體的長大速度比粗糙界面慢，動態(tài)過冷度也比粗糙界面慢，動態(tài)過冷度也較大。較大。2負溫度梯度條件下負溫度梯度條件下3實踐晶體中的生長實踐晶體中的生長 RTQSenNRTQQLenN三、三、 晶體生長的線速度晶體生長的線速度 假設(shè)設(shè)原子由液相轉(zhuǎn)移到固相的激活能為假設(shè)設(shè)原子由液相轉(zhuǎn)移到固相的激活能為Q Q，那么原子從固相轉(zhuǎn)移，那么原子從固相轉(zhuǎn)移到液相的激活能為到液相的激活能為 Q + Q +，故原子從液相轉(zhuǎn)移到固體相的速率，故原子從液相轉(zhuǎn)移到固體相的速率NSNS為：為：同理，

25、原子從固相轉(zhuǎn)移到液相的速率同理，原子從固相轉(zhuǎn)移到液相的速率NLNL為：為： 由此得晶體生長的線速度由此得晶體生長的線速度G G：）（RTQRTQRTQQRTQLSeeGeeNNG1三、三、 晶體生長的線速度晶體生長的線速度討討 論論1 1 T = Tm T = Tm ，G = 0G = 0；3 3當當T T下降使下降使T= T-Tm T= T-Tm 到達某一臨界到達某一臨界值時，晶體生長的線速度值時，晶體生長的線速度G G獲得最大值。獲得最大值。2 2 隨著溫度隨著溫度T T的下降，的下降， T T逐漸增大，逐漸增大，前者使前者使 G G 減小，后者使減小，后者使 G G 增大，但后者增大，但

26、后者的影響大于前者，的影響大于前者， 故故 G G 逐漸增大。逐漸增大。4 4 以后，隨著溫度以后，隨著溫度T T的下降，的下降， G G 逐漸逐漸減小。減小。四、晶粒尺寸的控制四、晶粒尺寸的控制)(439.0GNZ 1 1、單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目、單位體積內(nèi)晶粒的數(shù)目Z Z2 2、減小晶粒尺寸的途徑、減小晶粒尺寸的途徑 添加環(huán)境冷卻才干，控制過添加環(huán)境冷卻才干，控制過 冷度。冷度。 化學蛻變法?；瘜W蛻變法。 加強液體流動。加強液體流動。 外加振動。外加振動。 第五節(jié)第五節(jié) 金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷一、鑄錠三個典型晶區(qū)一、鑄錠三個典型晶區(qū) 普通情況下，純金屬鑄錠的普通情況

27、下，純金屬鑄錠的宏觀組織由外表細等軸晶區(qū)、宏觀組織由外表細等軸晶區(qū)、內(nèi)部柱狀晶區(qū)和中心組等軸晶內(nèi)部柱狀晶區(qū)和中心組等軸晶區(qū)三個典型區(qū)域組成。區(qū)三個典型區(qū)域組成。 高溫液態(tài)金屬澆入冷鑄型后遭高溫液態(tài)金屬澆入冷鑄型后遭到鑄型的激冷而構(gòu)成。到鑄型的激冷而構(gòu)成。 外表細等軸晶區(qū)外表細等軸晶區(qū)晶粒細小，組織致密。晶粒細小，組織致密。 厚度很小，普通為幾毫米左右。厚度很小，普通為幾毫米左右。詳細厚度及晶粒大小于鑄型及澆詳細厚度及晶粒大小于鑄型及澆注條件有關(guān)。注條件有關(guān)。 第五節(jié)第五節(jié) 金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷一、鑄錠三個典型晶區(qū)一、鑄錠三個典型晶區(qū)由垂直與型壁的粗大柱狀晶所構(gòu)成。由

28、垂直與型壁的粗大柱狀晶所構(gòu)成。 內(nèi)部柱狀晶區(qū) 散熱的方向性導(dǎo)致柱狀晶的構(gòu)成。散熱的方向性導(dǎo)致柱狀晶的構(gòu)成。垂直于型壁方向的散熱最快，晶體沿其垂直于型壁方向的散熱最快，晶體沿其相反方向的生長速度也最快，擇優(yōu)生長相反方向的生長速度也最快，擇優(yōu)生長構(gòu)成柱狀晶。構(gòu)成柱狀晶。 柱狀晶區(qū)具有各向異性。同一方向生柱狀晶區(qū)具有各向異性。同一方向生長的柱狀晶彼此間比較平直，氣泡、縮長的柱狀晶彼此間比較平直，氣泡、縮孔等缺陷很小，組織致密。孔等缺陷很小，組織致密。 不同方向生長的柱狀晶相遇后往往構(gòu)成雜質(zhì)、氣泡、縮孔等缺陷富集不同方向生長的柱狀晶相遇后往往構(gòu)成雜質(zhì)、氣泡、縮孔等缺陷富集的柱晶間界，性能很差。的柱晶間

29、界，性能很差。 第五節(jié)第五節(jié) 金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷金屬鑄錠的宏觀組織與缺陷一、鑄錠三個典型晶區(qū)一、鑄錠三個典型晶區(qū)由粗大的等軸晶所構(gòu)成。等軸晶區(qū)無各向異性。由粗大的等軸晶所構(gòu)成。等軸晶區(qū)無各向異性。 在結(jié)晶后期，鑄錠中心經(jīng)過在剩余液體中形核、在結(jié)晶后期，鑄錠中心經(jīng)過在剩余液體中形核、自在生長而構(gòu)成。自在生長而構(gòu)成。 等軸晶生長時晶粒彼此交叉，枝杈間搭接結(jié)實，等軸晶生長時晶粒彼此交叉，枝杈間搭接結(jié)實，裂紋不易擴展，不存在明顯的薄弱面。裂紋不易擴展，不存在明顯的薄弱面。 中心粗等軸晶區(qū)中心粗等軸晶區(qū) 顯微縮孔較多，組織不致密。但可用經(jīng)過壓力加顯微縮孔較多，組織不致密。但可用經(jīng)過壓力加工的方法改

30、善甚至消除。工的方法改善甚至消除。普通鑄錠組織均要求得到興隆的等軸晶。普通鑄錠組織均要求得到興隆的等軸晶。二、鑄錠組織的控制二、鑄錠組織的控制(1)(1)鑄錠的晶粒越細小那么其性能越好。鑄錠的晶粒越細小那么其性能越好。1 1、鑄錠組織的與性能的關(guān)系、鑄錠組織的與性能的關(guān)系3 3對于塑性較差的金屬那么軋制時易沿晶界開裂；而對于塑性較差的金屬那么軋制時易沿晶界開裂；而對于塑性好的金屬即使全部為柱狀晶也不會開裂，故經(jīng)對于塑性好的金屬即使全部為柱狀晶也不會開裂，故經(jīng)常根據(jù)金屬的種類和塑性的好壞來控制柱狀晶區(qū)域的大常根據(jù)金屬的種類和塑性的好壞來控制柱狀晶區(qū)域的大小，根據(jù)需求使鑄錠組織全部為柱狀晶或全部為

31、等軸晶。小，根據(jù)需求使鑄錠組織全部為柱狀晶或全部為等軸晶。(2)(2)柱狀晶與等軸晶相比具有明顯方向性，晶粒內(nèi)部柱柱狀晶與等軸晶相比具有明顯方向性，晶粒內(nèi)部柱狀致密，但晶粒之間較脆弱。狀致密，但晶粒之間較脆弱。 2 2、影響鑄錠組織的主要要素、影響鑄錠組織的主要要素1 1澆注溫度提高、溫度梯度增大，柱狀晶區(qū)擴展；澆注溫度提高、溫度梯度增大，柱狀晶區(qū)擴展；2 2鑄型散熱才干較大，溫度梯度增大，等軸晶細化，等鑄型散熱才干較大，溫度梯度增大，等軸晶細化，等 軸晶區(qū)域減少；柱狀晶區(qū)域增多。軸晶區(qū)域減少；柱狀晶區(qū)域增多。3 3電磁攪拌、機械振動、添加澆注等，那么液體的流動速電磁攪拌、機械振動、添加澆注等，那么液體的流動速度度 增大，等軸晶區(qū)擴展、晶粒細化。增大，等軸晶區(qū)擴展、晶粒細化。4 4合金的凝固溫度范圍越寬構(gòu)成柱狀晶的傾向越大。合金的凝固溫度范圍越寬構(gòu)成柱狀晶的傾向越大。5 5散熱的方向性越強那么越易構(gòu)成柱狀晶。散熱的方向性越強那么越易構(gòu)成柱狀晶。6