金属结晶现象和条件.docx

金属结晶的现象一、晶体结晶过程的宏观现象（过冷度和结晶潜热）。1）过冷度（AT=Tm-Tn）2）过冷度和金属的属性和冷却速度有关。3）金属不同，过冷度不同；金属的纯度越高，过冷度越大；冷却 速度越快，过冷度越大。4）相变潜热1摩尔物资从一个相转变为另一个相时，伴随着汲 取或放出的热量。 金属由固态变为液态，需要吸热；由液态 变为固态需要放热。前者称为溶化潜热，后者称为结晶潜热。 二、从微观上说，金属的结晶过程就是形核和长大的过程。1）当金属液体冷却到实际结晶温度时，晶核并未马上诞生，而是 经过一段时间才消失第一批晶核。结晶开头前的这段停留时间 称为孕育期。2）晶核由晶胚形成。3）由一个晶核长成的晶体就是一个晶粒。4） 一个晶粒内存在许多晶胞，并且晶胞位向全都。5）因此单晶体表现出各向异性。6）由两个以上晶粒组成的晶体称为多晶体。7） 一般的金属都是多晶体。并且由许多个晶粒组成。8）各晶粒位向各异，相互抵消。9）所以一般金属不表现出各向异性。金属结晶的热力学条件1、 热力学其次定律:在等温等压条件下，物质系统总是自发的从自由能较高的状态向自由能较低的状态转变。2、 自由能之差是促进金属相变的热力学条件，即相变驱动力。图2-5液相和固相自由能随2温度变化示意图4、 由上图可知：过冷度越大，自由能之差越大，且液相和固相自 由能之差与过冷度成正比。在过冷度等于。时，自由能之差也 为0。5、 过冷度越大，自由能之差越大，相变驱动力越大，结晶速度越 快。金属结晶的结构条件1、 液态金属的一个重要特点就是相起伏。只有在过冷液中相起伏 才能形成晶胚。但不是全部晶胚都可以转化成晶核。下节将争 论晶胚转化成晶核的条件。图2-8最大相起伏尺寸与 过冷留的关系相起伏大小图2-7液态金展中不同尺寸的相起伏出现的几率晶核的形成1、 在过冷液中形成晶核的方式有两种：匀称形核和非匀称形核。2、 实际金属的结晶主要是按非匀称形核方式进行的。3、 在过冷液中并不是全部晶胚都可以形成晶核。只有那些尺寸等 于大于某一临界尺寸的晶胚才能稳定的存在，并自发长大。4、 过冷度越大，临界尺寸越小。5、 从第三节2中可知：过冷度越大，最大相起伏尺寸越大。6、 结合4、5可知：过冷度越大，消失超过临界尺寸的晶胚越多, 越简单形核。7、 其次节第5：过冷度越大，自由能之差越大，结晶越快。8、 纯金属结晶时匀称形核的过冷度TQo.2Tm （Tm用热力学温度表 示）。此值特别大。非匀称形核的过冷度大大降低，一般不超过 20o9、 形核功是过冷液形核的主要障碍。10、过冷度越大，临界形核功降低，使结晶过程易于进行。11、无论形核还是长大，都必需伴随着液态原子向晶核的集中迁移。12、13、14、过冷度越大，迁移越不简单。鼠2-12形核率与温度及过符度的关系）与狙度的关系b）与过冷度的关系形核率随过冷度的增大先增加后下降。非匀称形核比匀称形核简单，需要的过冷度也低。