工程材料純金屬的結晶(存儲版)
【正文】 在結晶過程中采用機械振動、超聲波振動方法，破碎正在生長中的樹枝狀晶體，形成更多的結晶核心，獲得細小的晶粒。 合金的應用比純金屬廣泛得多。 二、影響組織的因素 組織取決于化學成分和工藝過程。 三、組織與性能的關系 材料的性能與組織密切相關。 固溶體 固溶體 合金組元通過溶解形成一種成分和性能均勻的、且結構與組元之一相同的固相。 在一定溫度和壓力條件下，溶質(zhì)在固溶體中的 極限濃度 即為溶質(zhì)在固溶體中的 溶解度 。 在溶質(zhì)含量適當時，可顯著提高材料的強度和硬度，而塑性和韌性沒有明顯降低。 1. 正常價化合物 嚴格遵守化合價規(guī)律的化合物。 CuZn 體心立方晶格，電子濃度 21/14（ 3/2 ） Cu5Zn8 復雜立方晶格，電子濃度 21/13 CuZn3 密排六方晶格，電子濃度 21/12（ 7/4 ） 3. 間隙化合物 由過渡族金屬元素與碳、氮、氫、硼等原子半徑較小的非金屬元素形成的化合物。 性能： 具有很高的熔點和硬度 , 但比間隙相稍低些 , 在鋼中起強化相作用。 金屬結晶過程： 形核、長大 細化鑄態(tài)金屬晶粒措施： 增大過冷度、變質(zhì)處理、 振動、電磁攪拌 。 復雜結構的間隙化合物 (Fe3C) Fe3C具有復雜的晶體結構。 一定電子濃度的化合物相應有確定的晶體結構 , 并且還可溶解其組元 , 形成以電子化合物為基的固溶體。 金屬化合物一般熔點較高 , 硬度高 , 脆性大。 通過形成固溶體使金屬強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為 固溶強化 。 置換固溶體 間隙固溶體 （ 2）按溶質(zhì)原子在溶劑中的溶解度分 有限固溶體、無限固溶體 兩種。金屬材料的性能由金屬內(nèi)部的組織結構所決定。 變形前 變形后 片狀珠光體 球狀珠光體 ● 碳質(zhì)量分數(shù)為 %的鐵碳合金 室溫平衡組織為 片狀珠光體 。 組織由數(shù)量、形態(tài)、大小和分布方式不同的各種相組成。 如鐵碳合金、銅鎳合金、鋁銅合金等。 變質(zhì)劑的作用：增加晶核數(shù)量，阻礙晶核長大。 實際工程中，過冷度常處于曲線的左邊部分。 晶粒度 1 2 3 4 5 6 7 8 單位面積 晶粒數(shù) （個／ mm2) 16 32 64 128 256 512 1024 2048 晶粒平均 直徑 (mm) 晶粒度 表 一般情況下 , 晶粒越小 , 金屬的強度、塑性和韌性越好。枝晶間的空隙最后填充，依然得到一完整的晶體。 長大速度 凝固過程中，晶體在不斷長大，界面在單位時間向前推移的垂直距離稱為長大線速度。優(yōu)先形成的晶枝稱一次晶軸，在一次晶軸增長時，在側面生出新的晶枝，即二次晶軸。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 ” 。 存在過冷的液體，依靠自身的原子運動可能形成晶核，這種方式稱為 自發(fā)形核 。即過冷 液態(tài)金屬結晶條件： 液態(tài)金屬要結晶，溫度必須低于理論結晶溫度 T0，要有一定的過冷度 ΔT ，使金屬在液態(tài)和固態(tài)之間存在自由能差 Δ F 。理論結晶溫度 T0與開始結晶溫度 Tn之差叫做 過冷度 ，用 ΔT 表示： ΔT =T0 Tn 過冷現(xiàn)象與過冷度 ?過冷現(xiàn)象 ?過冷度 ΔT = T0 – T1 ?過冷是結晶的必要條件。 液態(tài)金屬結構 通常的固態(tài)金屬屬于晶體材料，金屬原子規(guī)則排列，叫 長程有序 。金屬材料需要達到 106℃/s 才能獲得非晶態(tài)。 1. 物質(zhì)的本質(zhì) ：原子以那種方式結合使系統(tǒng)吉布斯自由能更低。 引子：自然界的物質(zhì)通常都能夠以 氣態(tài) 、 液態(tài) 或 固態(tài) 存在。 *物質(zhì)中的原子由 近程有序排列 向 遠 程有序排列 的過程。決定因素有三方面。 熔融液體的冷卻速度： 冷卻速度快， 原子擴散 能力越差，到達結晶溫度原子來不及 擴散 重新排列就降到更低溫度，最終到室溫時難以重組合成晶體，可以將無規(guī)則排列固定下來。 短程有序的原子集團是不穩(wěn)定的，瞬時出現(xiàn)瞬時消失。 ● bc段 溫度低于理論結晶溫度 , 稱為 過冷 現(xiàn)象。 所以結晶過程的熱力學條件就是溫度必須冷卻到理論結晶溫
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