武汉理工大学工程材料第3章

工程材料机械制造基础-Ⅰ第三章纯金属的结晶机电工程学院金工学部王志海第三章纯金属的结晶(CrystalofSimpleMetal)凝固与结晶的概念结晶的现象与规律同素异晶(构)转变第一节凝固与结晶的概念1.凝固(coagulation)物质由液态转变成固态的过程。2.结晶(crystal)*晶体物质由液态转变成固态的过程。*物质中的原子由近程有序排列向远程有序排列的过程。第二节结晶的现象与规律一.结晶的一般过程微小晶核长大晶体To二.结晶的过冷现象1.纯金属结晶时的冷却曲线时间温度理论冷却曲线实际冷却曲线Tn结晶平台(是由结晶潜热导致)2.过冷现象与过冷度过冷现象(supercooling)过冷度(degreeofsupercooling)ΔT=T0–Tn过冷是结晶的必要条件。三.结晶的能量条件及结构条件1.金属结晶的能量条件:F=U–STF–物体的自由能U–物体的内能S–熵T–温度KF/T=S-FTΔTΔFTnToTL液相固相2.金属结晶的结构条件近程有序结构结构起伏结晶远程有序结构四.结晶的一般规律形核长大四.结晶的一般规律:形核、长大。1.晶核的形成在一定的过冷度下,当F体≥F表时,晶核就形成。晶核形成的形式:*自发形核△T=200℃*非自发形核△T=20℃2.晶核的长大方式—树枝状2.晶核的长大方式—树枝状金属的树枝晶金属的树枝晶金属的树枝晶冰的树枝晶3.影响晶核的形核率和晶体长大率的因素过冷度的影响未熔杂质的影响1)过冷度的影响1)过冷度的影响2)未熔杂质的影响*自发形核△T=200℃*非自发形核△T=20℃五.细化晶粒的途径提高冷却速度V冷△TN晶粒细小变质处理机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。纯铁的同素异晶(allomorph)转变反应式:第三节金属的同素异晶转变1394°C912°Cbccfccbccδ-Feγ-Feα-Fe纯铁的冷却曲线1394℃1534℃10006008001200温度时间16001500500700900110013001400912℃δ-Feα-Feγ-Fe本章的作业P251.5.7.欢迎进入第四章学习内容