2.金属材料组织和性能的控制 单元 5 1
第二章 金属材料组织和性能的控制
2.1 纯金属的结晶
凝固,液态 L→ 固态 S S可以是非晶体。
结晶,一种原子排列状态过渡为另一种原子
规则排列状态（晶态）的转变过程。
一次结晶, L→ S晶态 二次结晶, S→ S晶态
一、纯金属结晶的条件
1 纯金属冷却曲线
液态金属在结晶时的温度 —— 时间曲线
过冷度 —— 理论结晶温度
和实际结晶温
度之差。
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ΔT = T0－ Tn
冷速越快，过冷度越大
过冷 — 指液态金属实际
冷却到结晶温度
以下而暂不结晶
的现象。
2 纯金属结晶的条件
ΔF
ΔT
T
F
F固
F液
ΔF= F固 － F液 ≤0
结晶驱动力
自然界的自发过程进行的
热力学条件都是 ΔF≤0
只有当液体的过冷度达到一定的大小，使结晶的动力 ΔF大于
建立界面所需要的表面能时，结晶过程才能开始进行。
自由能
温度
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3、纯金属的结晶过程
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①,形核 —— 自发形核
非自发形核
②,长大 —— 平面长大
树枝状长大
结晶过程 ——
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二、同素异构转变
δ-Fe(bcc) γ-Fe(fcc) a-Fe(bcc) 1394℃ 912℃
1394℃
1538℃
912℃
δ-Fe
γ-Fe(fcc）
a-Fe
T
时间
770℃
居里点
以纯铁为例
γ-Fe(fcc) a-Fe(bcc)
铁的体积会膨胀 1％
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纯铁 同素异构转变
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三, 晶粒尺寸的控制
（ 1）晶粒度
单位面积上的晶粒数目或晶粒的平均线长度（或直径）表示
（ 2）过冷度对形核一长大的影响
过冷度 ΔT提高,N提高,G提高
过冷 ΔT太高,N降低,G降低
（ 3）控制晶粒度的因素
① 提高过冷度
② 变质处理
在液态金属中加入孕育剂或变质剂作为非
自发晶核的核心，以细化晶粒和改善组织。
③ 振动，搅拌等