第二章 纯金属的结晶
一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
1,通过热分析法测定冷却曲线
上一级
2,冷却曲线分析
纯金属结晶时，在冷却曲线上出现平台的原因，
是由于金属在结晶过程中，释放的结晶潜热补偿
了外界散失的热量，使温度并不随冷却时间的增
加而下降，直到金属结晶终了后，已没有结晶潜
热补偿散失的热量，故温度又重新下降。
上一级
3,过冷现象
金属的实际结晶温度 Tn低于理论结晶温度 T0的现
象。
过冷度△ T= T0－ Tn,过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，
金属的实际结晶温度越低。
上一级
二、固液界面前沿液体中的温度梯度
1、正温度梯度 (图）
液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状
况，其结晶前沿液体中的过冷度随至界面距离的增加而
减小。
2、负温度梯度 （图）
液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状
况，也就是说，过冷度随至界面距离的增加而增大。
三、纯金属的结晶过程
结晶的过程是不断形核和长大的过程。
1,形核
液体中存在着许多类似于晶体的小集团，当低
于理论结晶温度时，这些小集团中的一部分就
成为稳定的结晶核心，称为晶核。
2,长大
晶体的长大过程是液体中原子迁移到固体表面，
使液 — 固界面向液体中推移的过程。
上一级
上一级
晶体长大的方式：
⑴ 平面状长大
解释：正温度梯度下，界面上局部微小区域有偶尔冒出
而伸入到过冷度较小的 L中时，它的长大会减慢，甚至
停止，周围部分会赶上，冒出部分消失,L∕S界面始终保
持平面状。
⑵ 树枝状长大
解释：负温度梯度下，界面上局部微小区域有偶尔冒出
而伸入到 L中时，△ T增加凸出部分生长加快，形成晶轴，
同时这些晶轴还可产生二次晶轴形成树枝状形态。
上一级
四、金属结晶后的晶粒大小
㈠ 概念
1,晶粒度 —— 衡量晶粒大小的尺度，常
以单位截面上晶粒数目或晶粒的平均直径
来表示。
2,形核率 —— 指单位时间、单位体积中
所形成的晶核数目。
3,长大速度 —— 指单位时间内晶核向周
围长大的平均线速度。
上一级
㈡ 影响晶粒大小的因素
晶粒大小对金属的力学性能、物理性能和化学
性能均有很大的影响 。
1、形核率的影响
形核率越大，晶粒越细。
2、长大速率的影响
长大速率越小，晶粒越细。
上一级
㈢ 细化晶粒的方法
1,增加过冷度 （图）
形核率 N,长大速率 G都随过冷度△ T的增加而
增大。△ T越大,N∕G越大。使单位体积中的晶
粒数目越多，故晶粒越细化。
2,变质处理
在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，
使结晶时的形核率 N增加或降低长大速率 G,这
种方法称为变质处理。
上一级
3,附加振动
振动能使液态金属在铸模中运动，造成枝晶破
碎，破碎的枝晶尖端又可起晶核作用。
四、金属的同素异晶转变
1,概念, 金属在固态下随温度的改变，由一
种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同
素异晶转变。
上一级
2、同素异晶转变的特点
① 同素异晶转变遵循结晶的一般规律。
② 固态下原子扩散困难，同素异晶转变须有
较大的过冷度。
③ 由于转变时晶体结构的致密度发生改变，
晶体体积发生变化，从而可产生较大的内应力 。
上一级
温度梯度
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一、纯金属的冷却曲线和过冷现象
1,通过热分析法测定冷却曲线
上一级
2,冷却曲线分析
纯金属结晶时，在冷却曲线上出现平台的原因，
是由于金属在结晶过程中，释放的结晶潜热补偿
了外界散失的热量，使温度并不随冷却时间的增
加而下降，直到金属结晶终了后，已没有结晶潜
热补偿散失的热量，故温度又重新下降。
上一级
3,过冷现象
金属的实际结晶温度 Tn低于理论结晶温度 T0的现
象。
过冷度△ T= T0－ Tn,过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，
金属的实际结晶温度越低。
上一级
二、固液界面前沿液体中的温度梯度
1、正温度梯度 (图）
液相中的温度随至界面距离的增加而提高的温度分布状
况，其结晶前沿液体中的过冷度随至界面距离的增加而
减小。
2、负温度梯度 （图）
液相中的温度随至界面距离的增加而降低的温度分布状
况，也就是说，过冷度随至界面距离的增加而增大。
三、纯金属的结晶过程
结晶的过程是不断形核和长大的过程。
1,形核
液体中存在着许多类似于晶体的小集团，当低
于理论结晶温度时，这些小集团中的一部分就
成为稳定的结晶核心，称为晶核。
2,长大
晶体的长大过程是液体中原子迁移到固体表面，
使液 — 固界面向液体中推移的过程。
上一级
上一级
晶体长大的方式：
⑴ 平面状长大
解释：正温度梯度下，界面上局部微小区域有偶尔冒出
而伸入到过冷度较小的 L中时，它的长大会减慢，甚至
停止，周围部分会赶上，冒出部分消失,L∕S界面始终保
持平面状。
⑵ 树枝状长大
解释：负温度梯度下，界面上局部微小区域有偶尔冒出
而伸入到 L中时，△ T增加凸出部分生长加快，形成晶轴，
同时这些晶轴还可产生二次晶轴形成树枝状形态。
上一级
四、金属结晶后的晶粒大小
㈠ 概念
1,晶粒度 —— 衡量晶粒大小的尺度，常
以单位截面上晶粒数目或晶粒的平均直径
来表示。
2,形核率 —— 指单位时间、单位体积中
所形成的晶核数目。
3,长大速度 —— 指单位时间内晶核向周
围长大的平均线速度。
上一级
㈡ 影响晶粒大小的因素
晶粒大小对金属的力学性能、物理性能和化学
性能均有很大的影响 。
1、形核率的影响
形核率越大，晶粒越细。
2、长大速率的影响
长大速率越小，晶粒越细。
上一级
㈢ 细化晶粒的方法
1,增加过冷度 （图）
形核率 N,长大速率 G都随过冷度△ T的增加而
增大。△ T越大,N∕G越大。使单位体积中的晶
粒数目越多，故晶粒越细化。
2,变质处理
在液态金属结晶前，加入一些细小的变质剂，
使结晶时的形核率 N增加或降低长大速率 G,这
种方法称为变质处理。
上一级
3,附加振动
振动能使液态金属在铸模中运动，造成枝晶破
碎，破碎的枝晶尖端又可起晶核作用。
四、金属的同素异晶转变
1,概念, 金属在固态下随温度的改变，由一
种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同
素异晶转变。
上一级
2、同素异晶转变的特点
① 同素异晶转变遵循结晶的一般规律。
② 固态下原子扩散困难，同素异晶转变须有
较大的过冷度。
③ 由于转变时晶体结构的致密度发生改变，
晶体体积发生变化，从而可产生较大的内应力 。
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