《工程材料》第三章材料凝固与结晶组织
00 绪论-(《工程材料》机械专业)
目前世界三大 有机合成材料 ( 树脂、
纤维和橡胶)年产量逾亿吨；
绪论——材料的发展历史
20 世纪中叶，出现了各种类型的
先进陶瓷，成为近几十年来材料 中非常活跃的研究领域，有人甚 至认为“新陶器时代”即将到来；
先进结构材料的研究与开发是永恒的主题。
开发高性能结构材料：高比强度、耐高温、耐腐蚀、耐
磨损→降低机械重量、提高性能、延长使用寿命的关键 。复合材料→结构材料，广泛应用，如铝基复合材料。 开发各种系列用途的低温奥氏体钢。
改造传统结构材料：重要途径是组织更细更均匀，材料
更纯洁 →关键是工艺。“新一代钢铁材料” 强度相当
金属材料 在整个 20 世纪占据
了结构材料的主导地位；
绪论——材料的发展历史
新中国成立后，先后建起了鞍山、攀枝花、宝钢等 大型钢铁基地。钢产量由 49 年的 15.8 万吨上升到现 在的数亿吨。
鞍钢
攀钢夜景
绪论——材料的发展历史
随着有机化学的发展，19世纪末西方科学
家仿制中国丝绸发明了人造丝； 20世纪初，人工合成有机高分子材料相继 问世：
先进制备工艺：如金属半固态加工技术，铝镁合金技术
成熟，已应用。
普通自行车 山地车 公路车
区 别 ？
材料的发展使汽车和飞机等性能发生了突变
水陆两用汽车 轻型吊轨磁悬浮列车
世界首辆飞行汽车2009年3月初在美国实现了首飞，降落后 只需按一个按钮就可将机翼折叠，驶上高速公路。
泰坦尼克号快速沉没的原因
未来对材料和技术的要求
绪论——材料科学
“材料科学”的出现
3 第三章 金属的结晶、变形与再结晶——【工程材料学】
（1） 形核
形核方式有两种：均匀形核和非均匀形核。
均匀形核即晶核在液态金属中均匀的形成；非均匀形核 即晶核在液态金属中非均匀的形成。
实际生产中，金属中存在杂质并且凝固过程在容器或铸 型中进行，这样，形核将优先在某些固态杂质表面及容器 或铸型内壁进行，这就是非均匀形核。
非均匀形核所需过冷度显著小于均匀形核，实际金属的 凝固形核基本上都属于非均匀形核。
颗粒钉扎作用的电镜照片
3.2.2 塑性变形对金属组织与性能的影响
一、 塑性变形对金属组织与结构的影响
1. 显微组织的变化 滑移带 孪晶带 晶粒形状
金属在外力作用下发生塑性变形时，随着变形量的增加晶 粒形状发生变化，沿变形方向被拉长或压扁。当拉伸变形量 很大时，只能观察到纤维状的条纹（晶粒变成细条状），称 之为纤维组织。
Hall-Pitch关系：σs =σ0 + Kyd-1/2
三、 合金的塑性变形 根据组织，合金可分为单相固溶体和多相混合物两种。合
金元素的存在，使合金的变形与纯金属显著不同。
奥氏体
珠光体
1. 单相固溶体的塑性变形 单相固溶体合金组织与纯金属相同，其塑性变形过程也与
多晶体纯金属相似。但随溶质含量增加，固溶体的强度、硬度 提高，塑性、韧性下降，称固溶强化。
3.1 金属的结晶及铸件晶粒大小控制
凝固
金属由液态转变为固态的过程。
结晶
结晶是指从原子不规则排列的液 态转变为原子规则排列的晶体状 态的过程。
3.1.1 冷却曲线及结晶一般过程
一、 冷却曲线
温 度
理论冷却曲线
结晶平台(是由结晶潜热导致)
Tm
Tn
△T 过冷度
实际冷却曲线
时间
工程材料及成型技术基础(吕广庶张元明著)课后习题答案
《工程材料》复习思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。
答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。
线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。
如位错。
面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。
如晶界和亚晶界。
亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。
亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。
刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。
滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。
如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。
单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。
多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。
过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。
非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。
变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。
工程材料习题集参考答案(第三章)
习题集部分参考答案2纯金属的结晶思考题1.何谓结晶？结晶与凝固有何区别？答：结晶是指在凝固过程中金属内形成许多小晶体及其长大的过程，从广义上讲，就是液态物质内部的原子，在短距离小范围内，呈现出近似于固态结构的规则排列，即短程有序的原子集团，它是不稳定的，瞬间出现又瞬间消失，结晶实质上是原子由近程有序转变为长程有序的过程。
而凝固是指金属由液态变成固态的过程，它属物理变化，若凝固后的物质不是晶体，而是非晶体，那只能称为凝固，而不能称为结晶。
2.何谓晶体，它与非晶体有什么区别？答：晶体是指具有一定几何形状的微粒（分子、原子或离子）在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质。
晶体和非晶体的区别在于内部原子的排列方式，晶体内部的原子（或分子）在三维空间按一定规律作周期性排列，而非晶体内部的原子（或分子）则是杂乱分布的，至多有些局部的短程规律排列。
因为排列方式的不同，性能上也有所差异。
晶体有固定的熔点，非晶体没有，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性。
3.影响形核率和长大率的因素是什么？答：影响形核率和长大率最主要的因素是△G和D，当然它们是受过冷度△T控制的。
在均质形核中，过冷度△T不太大的时候，结晶的驱动力△G也不大，形核率不高，但是原子的扩散系数D比较大，已经形成的晶核长大速率却是较大的，这时候由液态金属转变为固态金属中的晶粒尺寸较大。
反之，晶粒较细小。
在非均质形核中，形核率和长大速率除了与过冷度有关之外，还受到所谓的未溶杂质以振动或搅拌等因素的影响。
4.金属的结晶有什么规律？答：结晶是由两个基本的过程——形核和长大相互更迭进行，直至液态金属消耗完毕的过程。
形核规律：形核方式有均匀形核和非均匀形核两种。
均匀形核（均质形核）是指在母相中自发形成新相结晶核心的过程。
均匀形核必需具备的条件为：必须过冷，过冷度越大形核驱动力越大；必须具备与一定过冷度相适应的能量起伏和结构起伏。
实际结晶时，大多以非均匀形核方式进行。
工程材料习题及其答案
4、为了保持冷塑性变形金属的强度和硬度，应采用 去应力 退火；为了降低冷塑性变形金属的 强度和硬度，应采用 再结晶 退火。
7.钢的热处理
一、名词解释 淬透性: 是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。 回火脆性: 淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性显著下降的现象。 调质: 淬火加高温回火。 淬硬性: 表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。
c.过冷度越小，晶粒越细 d.过冷度越小，晶粒越粗
填空 1、实际金属中存在有点缺陷 、线缺陷 、 面缺陷缺陷。其中，位错是 线 缺 陷，晶界是面 缺陷。
2、金属在结晶过程中，冷却速度越大，则过冷度越 大 ，晶粒越 细 ，强 度越 高 ，塑性越 好 。 3、金属的结晶主要由 形核 和 长大 两个基本过程组成。 4、在金属结晶过程中，细化晶粒的方法主要有 增大过冷度 、 变质处理 和 振动搅拌 。
a.钢的含碳量 b.马氏体的含碳量
c.钢的淬透性 d.淬火介质与淬火方法
5、影响钢淬透性的因素主要是（ d ）
a．工件尺寸 b．冷却速度 c．淬火方法 d．钢的化学成分
6、马氏体的硬度主要取决于（ c ）
a.钢的淬透性
b.钢的含碳量
c.马氏体的含碳量 d.残余奥氏体的量
四、填空
1、共析钢的正火组织为 层片 状S，而调质组织为 粒 状S，其综合机械性能 前者 低于 后者。
4、某工厂用冷拉钢丝绳吊运出炉的热处理工件去淬火，钢丝绳承载能力远远超过工件的重量，
但在工件吊运过程中，钢丝绳却发生拉长断裂，其断裂原因是由于钢丝绳：（ b ）
a.超载 b.发生再结晶 c.形成带状组织 d.产生加工硬化
5、体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别，主要是由于两者的（ b ）
工程材料与机械制造基础-3-金属的晶体结构与结晶
17:05
金属的结晶
• 纯金属的结晶过程 • 液态金属的结晶过程分为两个阶段：① 形成晶核，② 晶核长大。
17:05
纯金属的结晶过程
• 晶核的形成过程 • 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时 聚时散，称为晶坯。 • 在T0以下, 经一段时间后(即孕育期), 一些大尺寸的 晶坯将会长大，称为晶核。
刃型位错
螺型位错
刃型位错和螺型位错
刃型位错的形成
实际金属的结构
• 刃型位错：当一个完整晶体某晶面以上的某处多出半 个原子面，该晶面象刀刃一样切入晶体，这个多余原 子面的边缘就是刃型位错。 • 半原子面在滑移面以上的称正位错，用“ ┴ ”表示。 • 半原子面在滑移面以下的称负位错，用“ ┬ ”表示。
17:05
{110}
Z （110） （011） （011） （101） （101） Y （110）
X
17:05
金属的晶体结构
立方晶系常见的晶向为：
100 : [100]、 [010]、 [001] 110 : [110]、 [101]、 [011]、 [1 10]、 [1 01]、 [0 1 1] 111 : [111]、 [1 11]、 [1 1 1]、 [111]
密排六方晶格的参数
常见的金属晶格
• 密排六方晶格
晶格常数：底面边长 a 和高 c，
c/a=1.633
1 原子半径 ：r a 2 原子个数：6 配位数： 12 致密度：0.74 常见金属： Mg、Zn、 Be、Cd等
常见的金属晶格
三种常见晶格的密排面和密排方向
•单位面积晶面上的原子数称晶面原子密度。
17:05 三斜
金属的晶体结构
重庆大学工程材料第三章 金属的结晶
三、金属的同素异构转变 1、同素异构现象和同素异构体
§1结晶过程
有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格类型， 有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格类型，这 两种或两种以上的晶格类型 种现象称为同素异构或多晶型性。 种现象称为同素异构或多晶型性。 同素异构 以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体称为该金属的同 素异构体。 素异构体。 2、同素异构转变 同一种金属的同素异构体在一定的条件下会相互转化。 同一种金属的同素异构体在一定的条件下会相互转化。同 素异构转变就是这种在固态下随温度的改变由一种晶格转变为 素异构转变就是这种在固态下随温度的改变由一种晶格转变为 在固态下 另一种晶格的现象。 另一种晶格的现象。
一、液态金属的结构特点
§1结晶过程
1. 液态金属的特点
长程无序 短程有序、 短程有序、长程无序 长程有序
有序原子团
气体 液体 晶体（固体） 晶体（固体）
1、原子排列的短程有序和长程无序 结构起伏 2、存在着结构起伏（相起伏） 存在着结构起伏（相起伏）
2.金属结晶的条件
金属 的 结 现 的现象
1结晶
第三章 材料制备的基本过程
新材料的发展，不仅与对材料的成分 结构 结构—性能的研究 新材料的发展，不仅与对材料的成分—结构 性能的研究 有着密切的关系，还与其制备方法有着直接的联系。 有着密切的关系，还与其制备方法有着直接的联系。 不同的材料需要采用不同的工艺过程来制备和合成： 不同的材料需要采用不同的工艺过程来制备和合成： 金属材料： 金属材料：凝固与结晶 陶瓷材料：烧结 陶瓷材料： 聚合物： 聚合物：反应合成
§1结晶过程
四、 金属铸锭的组织特点 1金属铸锭的组织示意图
2 金属铸锭中的缺陷
工程材料徐自立主编课后习题答案
工程材料徐自立主编课后习题答案工程材料徐自立主编课后习题答案(华中科技大学出版社)工程材料徐自立主编课后习题答案第一章材料的性能1-1什么是金属材料的力学性能？金属材料的力学性能包含哪些方面?所谓力学性能，是指材料抵抗外力作用所显示的性能。
力学性能包括强度刚度硬度塑性韧性和疲劳强度等1-2什么是强度？在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有哪些？他们在工程应用上有什么意义？强度是指材料在外力作用下，抵抗变形或断裂的能力。
在拉伸试验中衡量金属强度的主要指标有屈服强度和抗拉强度。
屈服强度的意义在于：在一般机械零件在发生少量塑性变形后，零件精度降低或其它零件的相对配合受到影响而造成失效，所以屈服强度就成为零件设计时的主要依据之一。
抗拉强度的意义在于：抗拉强度是表示材料抵抗大量均匀塑性变形的能力。
脆性材料在拉伸过程中，一般不产生颈缩现象，因此，抗拉强度就是材料的断裂强度，它表示材料抵抗断裂的能力。
抗拉强度是零件设计时的重要依据之一。
1-3什么是塑性？在拉伸试验中衡量塑性的指标有哪些？塑性是指材料在载荷作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。
拉伸试验中衡量塑性的指标有延伸率和断面收缩率。
1-4什么是硬度？指出测定金属硬度的常用方法和各自的优缺点。
硬度是指材料局部抵抗硬物压入其表面的能力。
生产中测定硬度最常用的方法有是压入法，应用较多的布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度等试验方法。
布氏硬度试验法的优点：因压痕面积较大，能反映出较大范围内被测试材料的平均硬度，股实验结果较精确，特别适用于测定灰铸铁轴承合金等具有粗大经理或组成相得金属材料的硬度；压痕较大的另一个优点是试验数据稳定，重复性强。
其缺点是对不同材料需要换不同直径的压头和改变试验力，压痕直径的测量也比较麻烦；因压痕大，不宜测试成品和薄片金属的硬度。
洛氏硬度试验法的优点是：操作循序简便，硬度值可直接读出；压痕较小，工程材料徐自立主编课后习题答案(华中科技大学出版社)可在工件上进行试验；采用不同标尺可测定各种软硬不同的金属厚薄不一的式样的硬度，因而广泛用于热处理质量检验。
华科-工程材料学-思维导图-三.材料的凝固与相图
长大
分类
树枝状(非均匀)，存在杂质或成分过冷，不均 匀散热
结晶过程
等轴状(对称长大)，纯度高，凝固时不断地液 体补充
单位面积晶粒数量，1-8级
晶粒越细，强度越高，塑，韧性越好
晶粒大小
影响因素(形核率，长大速度)
过冷度，越大越细 杂质，细化晶粒 凝固条件(机械振动，超声波振动，细化晶粒)
加变质剂(孕育剂)
三.材料凝固与相图
晶体(有明显的熔点)，非晶体
基本概念
影响因素
粘度，越大越难成为晶体 冷却速度，越大越难成为晶体
过冷曲线，t-T
过冷过Biblioteka ，低于理想结晶温度才结晶过冷度
结晶条件
能量条件 结构条件
液体的自由能和固体有交点 过冷度越大，ΔG越大，驱动力越大 结构遗传性 一定条件下(尺寸大于临界尺寸)有晶核
工艺性能
铸造，共晶成分或纯金属(塑性好) 锻造，单相固溶体(晶粒细，塑性好)
合金的形式
相，化学成分和晶体结构均相同的组成成分， 分为固溶体与化合物
组织，微观相貌
合金的结晶 相
固溶体
间隙固溶 置换固溶
正常价化合物
金属间化合物
电子化合物 间隙化合物
性能，高硬，高脆，高熔
相图。成分，(P,T)，相之间的关系
二元相图，仅含两个组元的合金体系对应相图
如何建立，热分析法
匀晶相图，合金的二组元在液态和固态均无限 互溶，凝固时发生匀晶反应(液体直接结晶成 固溶体)
杠杆定律
相的成分确定 相的质量之比
液体无限互溶，固体有限互溶
合金相图
二元相图
二元共晶相图
共晶反应，从液体直接析出两种固溶体，形成 交替的片层组织
03《工程材料》第三章 材料的凝固与结晶组织
两种基本相结构： 固溶体、金属间化合物。 1、固溶体 二个组元通过溶解形成一种与原结构相同的 固相称为固溶体A（B）。 成分均匀、性能一致。
①固溶体分类 臵换固溶体：
晶格相同,原子半径、化学
性质相近的元素组成。 如Fe与Mn、Ni、Cr、Si、Mo
把数据绘到温度-成分的关系图中：
将点连接起来，形成Cu-Ni相图。 相图中的液相线、固相线、L、α、L+α 结晶转变的过程：L→L+α→α
匀晶相图：两组元在液、固态无限互溶 Cu-Ni，Fe-Cr，Au-Ag。
匀晶转变的特点 a.形核、树枝状长大。 b.变温转变。 c.两相区内，温度变 化，液固相相对量 改变。 d. 两相区内，温度变 化，结晶成分变化。
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。
Hale Waihona Puke 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。
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。
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。
1）正常价化合物
（金与非，遵守化合价规律，脆、硬度较高） ； 2）电子化合物 （金与金，金属键，脆，硬度较高） ；
3）间隙化合物
（金与非，脆，硬度极高 、熔点高）
• 原子半径比＜0.59，形成简单间隙相。如 VC、TiC、 ZrC。 • 原子半径比＞0.59，形成复杂结构的间隙化合物。 如钢中Fe3C、Cr7C3。
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《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
铸 铝 锭
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
浇注50t铸钢支承辊
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
炼钢－连铸连轧生产线
钢包 结晶器
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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）。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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）
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
耐磨材料的细化晶粒强化
《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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
金属强化方向之一： 晶粒细化→超细化→纳米晶→ 非晶态
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
《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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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
《工程材料》第三章材料凝固与结 晶组织
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。。