块体称为铸锭。也可以直接浇注成铸件。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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铸 铝 锭
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浇注50t铸钢支承辊
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炼钢－连铸连轧生产线
钢包 结晶器
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炼钢－连铸连轧生产线
金属在固态的晶格结构转变过程称为二次结晶 （重结晶）。
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纯铁的结晶过程
在1538℃ 液态铁 δ-Fe （体心）
在1394℃ δ-Fe
（体心）
γ–Fe （面心）
在912℃
γ–Fe （面心）
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α-Fe
（体心）
金属在发生同素异构转变 时也有过冷现象，也释放潜热， 有固定的转变温度。
第三章 材料的凝固与结晶
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
凝固：材料从液态到固态的转变过程。
结晶：一种原子排列状态（晶态或非晶态）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：液态物质转变为晶态固体的过程。 工程上一般把金属由液态转变为固态的加工过程
称为铸造。 将液态金属浇铸到锭模或铸模中冷却为一定形状的
增大过冷度的主要办法： 1、降低浇注温度。 2、提高浇注后的冷却速度（如采用金属型铸模）。
高速急冷可获得超细晶或纳米晶粒。 超高速急冷可使液态金属难以结晶而得到非晶 态结构。非晶态金属具有很高的强度和韧性及优异 的电磁性能和高的抗腐蚀性能等。
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金属理论 结晶温度
环境温度使液 态金属温度降 低至Tn
结晶温度
在Tn结晶并 释放潜热，使 结晶温度又升 高至Tm
铁Fe 1538℃，铜Cu 1085℃，金Au 1064℃，银Ag 962℃
铝Al 660℃，锌Zn 420℃，铅Pb 327℃，锡Sn 232℃ 《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
细化铸态金属晶粒措施之二：变质处理 在液体金属中加入变质剂（孕育剂），增加
晶核的数量，细化晶粒和净化晶界。 如在铝液体中加入钛、锆；钢水中加入钛、
钒、铝、镁、硅等，可使晶粒明显细化。
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耐磨材料的细化晶粒强化
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细化铸态金属晶粒措施之三：振动与搅拌 金属在结晶过程中采用机械振动、超声波振动、电磁
表面形核。 实际熔液都存在杂质和外表面，
凝固方式主要是非均质形核。
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1、晶核形成 液态金属有许多不稳定、短程有序的原子团。当
温度低于Tm时，原子团成为均质形核的晶胚。 晶胚内原子规则排列，其外层原子与液体中无规
则排列的原子相接触构成界面。
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在一次晶轴侧面生出新的二次晶枝，而后又生成三 次、四次晶枝。最后得到树枝状的晶体。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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三、结晶晶粒大小及控制 细化晶粒是提高金属机械性能的重要途径。这
种方法称为细晶强化。 细晶强化是同时可以提高金属强度、硬度、塑性 及韧性的唯一有效方法。。
液态金属结构
固态金属结构
不规则排列，短程有序 规则排列，长程有序 《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
一、结晶条件
过冷现象：金属在平衡 结晶温度Tm时，结晶为晶体 的速度与晶体熔化为液体的 速度相等，不发生结晶。只 有在Tn时才能结晶。
实际结晶温度与理论结 晶温度存在一温差ΔT，称过 冷度。
ΔT =Tm —Tn
转变过程重新形核并长大 为新的晶粒。
固态转变需要较大的过冷度。
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金属结晶后，形成由大量晶粒组成的多晶体。 在显微镜下晶粒呈颗粒状。晶粒大小可用晶粒度来 表示。
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第三节 合金的结晶与相图
合金：一种金属与另一种或多种金属与非金属元 素组成的具有金属特性的物质。
2、结晶（晶核长大） 在一定的过冷度下，晶核形成后会继续
长大，形成晶体。
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3、晶体长大方式 －树枝状长大
结晶释放的结晶 潜热，阻碍靠近晶体 的液体继续结晶，而 过冷作用又使液体先 在晶体的棱角尖部结 晶，形成一次晶枝。
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金属强化方向之一： 晶粒细化→超细化→纳米晶→ 非晶态
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细化铸态金属晶粒措施之一： 增大过冷度
过冷度ΔT增大,形核速 率N和长大速度G都会增大。
ΔT较小时，N的增长率 小于ห้องสมุดไป่ตู้；
ΔT较大时，N的增长率 大于G。
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二、结晶过程 结晶是一形核、长大的过程。 试验证明，结晶是先形成一些微小的晶核，然 后长大，同时在液体中不断产生新的晶核并长大， 直到每个晶粒长大到相互接触、液体消失为止。
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1、形核 1）均质形核：晶核是在母相（液相）中直接由那
些时聚时散的原子集团形成晶胚，再长大为晶核。 2)非均质形核：晶核依附于液相中的杂质或外来
搅拌、吹入惰性气体等方法，使正在生长的树枝状 晶破碎，形成更多的结晶核心，获得细小的晶粒。
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四、固态的同素异构转变 有些金属固态时存在两种或两种以上的晶体结构
（铁、钴、钛等）。在固态的某一温度，晶格结构 会发生转变。
由一种晶格结构转变为另一种晶格结构，称同素异 构转变。
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第二节 纯金属的结晶
液态金属原子的位置是不规则的密堆排列, 它们在互相挤碰的热运动中，也会出现许多大 小不等、规则排列、取向不定、时聚时散的原 子团。 这种原子团的规则排列称短程有序。
液态金属结构
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当温度下降至结晶温度以下时，原子团不再消失并迅 速长大形成规则排列的晶胚→晶核→晶粒→固态晶体 金属。规则排列的原子结构，称长程有序。。