合金結晶細小晶粒在哪裡

A. 簡述純金屬的結晶過程

純金屬的結晶過程就是形核和長大過程。形核有均勻形核和不均勻形核兩種，形核率跟過冷度有關，過冷度越大形核率越大，晶粒就越細小，一旦形核就開始長大，液態原子往晶核上堆砌就長大了，最終形成一個完整的晶粒。

B. 用哪些方法可使液態金屬結晶後獲得細晶粒

首先你要知道金屬及合金由液態轉變為固態的過程稱為結晶,並不是所有金屬從液態向固態轉變都會有晶體形成,注意前提是形成晶體的轉變才是結晶,這樣我們就可以通過控制溫度.變質處理加入一定量的變質劑等方法可以達到目的,汞是如此銅更是如此>同素異晶體轉變在材料研究.科研.國防.經濟上都有很大的意義,比如石墨到金剛石的轉變,不光晶體的結構改變了,他的力學性能也改變了,總之一句話可以使材料的強度.硬度.塑性.韌性等性能得到改變,我知道德就這些了,

C. 合金結晶時怎樣獲得細小晶粒一共四種方法,是哪四種

加入形核劑或變質劑、機械振動、增加過冷度、攪拌（電磁攪拌或機械攪拌）。

D. 金屬的晶體結構

根據原子在物質內部的排列方式，可將固態物質分為兩大類：晶體，內部原子呈規則排列的物質。如固態金屬；非晶體——內部原子無規則排列的物質。如松香、玻璃等。
金屬的晶體結構：是指金屬材料內部的原子的排列規律。它決定著材料的顯微組織特性和材料的宏觀性能。 金屬鍵：金屬原子間的結合鍵稱為金屬鍵。（帶負電的自由電子與帶正電的的金屬正離子之間產生靜電吸力，使金屬原子結合在一起，這就是金屬鍵結合的本質。金屬特性：良好的導電性和導熱性；強度高；具有塑性；
有固定熔點；各向異性。
金屬鍵模型圖，如圖所示：
一、晶體結構的基本知識：
（一）基本概念
1、晶胞：晶格中能夠代表晶格特徵的最小幾何單元。
2、晶格參數：晶體學中用來描述晶胞大小與形狀的幾何參數。包括晶胞的三個棱邊長度a、b、c和三個棱邊夾角α、β、γ。
3、晶格常數：決定晶胞大小的三個棱長a、b、c。
（二）金屬中常見的晶格
1、體心立方晶格：晶格參數 a=b=c；α=β=γ
=90°；立方體八個角上各有一個原子，體心處有一個原子。每個晶胞中原子數為2=1/8×8+1。
屬於體心立方晶格的常用金屬：α鉻、鎢、鉬、釩、α鐵、β鈦、鈮等。
結構圖如圖所示：
2、面心立方晶格：晶格參數：a=b=c；α=β=γ=90°；晶胞的八個角上各有一個原子，立方體六個面的面心各有一個原子。每個晶胞中原子數為4=1/8×8+1/2×6
屬於面心立方晶格的常用金屬：γ鐵、鋁、銅、鎳等。結構圖如圖所示：

3、密排六方晶格：晶格參數：a=b≠c；α=β=90°、γ=120°；每個晶胞中原子數為：6=1/6×12+1/2×2+3。
屬於密排六方晶格的常用金屬：鎂、鋅、鈹、α鈦、鎘等。結構圖如圖所示：
（三）晶格的緻密度
緻密度=原子所佔的總體積÷晶胞的體積
體心立方晶格的緻密度=0.68，計算公式為：
面心立方晶格的緻密度=0.74
密排六方晶格的緻密度=0.74
（四）晶面指數與晶向指數
晶面：晶體中由物質質點所組成的平面。
晶向：由物質質點所決定的直線。
每一組平行的晶面和晶向都可用一組數字來標定其位向。這組數字分別稱為晶面指數和晶向指數。
晶面指數的確定：晶面與三個坐標軸截距的倒數取最小整數，用圓括弧表示。如（111）、（112）。
晶向指數的確定：通過坐標原點直線上某一點的坐標，用方括弧表示。
晶面族與晶向族
晶面族：晶面指數中各個數字相同但是符號不同或排列順序不同的所有晶面。這些晶面上的原子排列規律相同，具有相同的原子密度和性質。如{110}=（110）+（101）+（011）+（101）+（110）+（011）
晶向族：原子排列密度完全相同的晶向。如<111>=[111]+[111]+[111]+[111]
（五）晶體的各向異性
在晶體中，由於各個晶面和晶向上原子排列密度不同，使原子間的相互作用力也不相同。因此在同一單晶體內不同晶面和晶向上的性能也是不同的。這種現象稱為晶體的各向異性。

晶體分單晶體和多晶體
單晶體：晶體內各處晶格位向一致的晶體。
多晶體：晶體內晶格位向不相同的晶體。
實際金屬是多晶體
二、純金屬的實際晶體結構
（一）晶粒與亞晶粒
晶粒——金屬晶體中，晶格位向基本一致，並有邊界與鄰區分開的區域。
晶界——晶粒之間原子排列不規則的區域。
實際金屬晶粒大小除取決於金屬種類外，主要取決於結晶條件和熱處理工藝。
亞晶粒——晶粒內部晶格位向差小於2°、3°的更小的晶塊。
亞晶界——亞晶粒間的過渡區。
（二）晶體中的晶體缺陷
晶體缺陷：是指晶體中原子排列不規則的區域。
根據晶體缺陷的幾何特點和對原子排列不規則性的影響范圍可分為三大類：
1、點缺陷；
2、線缺陷；
3、面缺陷。
1）點缺陷
以一個點為中心，在它周圍造成原子排列不規則，產生晶格畸變和內應力的缺陷。點缺陷類型主要有三種：
（1）間隙原子
（2）晶格空位
（3）置換原子
在晶格的結點處出現原子直徑不同的異類原子的晶體缺陷。置換原子示意圖，如圖所示：
☆間隙原子：在晶格的間隙處出現多餘原子的晶體缺陷。
☆晶格空位：在晶格的結點處出現缺少原子的晶體缺陷。如圖所示：
2）線缺陷
主要是指各種形式的位錯。
位錯：是指晶體中某一列或若干列原子發
生了有規律的錯排現象。位錯密度：單位體積內位錯線的長度，（cm-2），如圖所示：
3）面缺陷
主要是指晶界和亞晶界。它是由於受到其兩側的不同晶格位向的晶粒或亞晶粒的影響而使原子呈不規則排列。
如圖所示： 一、基本概念
合金系：是指具有相同組元，而成分比例不同的一系列合金。如各種碳素鋼。
相：是指在合金中，凡是化學成分相同、晶體結構相同並有界面與其它部分分隔開來的一個均勻區域。在一個相中可以有多個晶粒，但是一個晶粒中只能是同一個相。
合金中有兩類基本的相結構，固溶體和金屬化合物。
顯微組織：是指在顯微鏡下看到的相和晶粒的形態、大小和分布。它可以看作是由各個相組成的。
合金的顯微組織可以看作是由各個相所組成的，這些相稱為合金組織的相組成物；也可以看作是基本組織所組成的，這些基本組織稱為合金組織的組織組成物。合金的力學性能不僅取決於它的化學成分，更取決於它的顯微組織。
二、合金的相結構
合金的晶體結構：是指合金中各個相的晶體結構，簡稱相結構。
合金的相結構通常分為兩大類：
（一）固溶體；
（二）金屬化合物。
（一）固溶體
固溶體：合金結晶成固態時，溶質原子分布在溶劑晶格中形成的一種與溶劑有相同晶格的相。
固溶體與溶劑具有相同晶體結構。
固溶體的類型：1、間隙固溶體 ；2、置換固溶體。
1、間隙固溶體
間隙固溶體： 溶質原子分布於溶劑的晶格間隙中所形成的固溶體。都是有限固溶體，也是無序固溶體。如圖所示：

2、置換固溶體
置換固溶體：溶質原子代替溶劑原子占據著溶劑晶格結點位置而形成的固溶體。置換固溶體可以是有限固溶體也可以是無限固溶體。
如圖所示：
有限固溶體:固溶體的溶解度是有限的。
無限固溶體：固溶體的溶解度是無限的。（組成固溶體的兩種元素隨比例不同可以互為溶質或溶劑。）
形成無限固溶體的必要條件：是溶劑與溶質的晶體結構相同。
無序固溶體:溶質原子的分布是無序的。
有序固溶體:溶質原子的分布是有序的。
固溶體的有序化:無序固溶體向有序固溶體的轉變過程。 硬度和脆性增加，塑性下降。
3、影響溶解度的主要因素
溶解度:溶質在固溶體中的極限濃度稱為溶質在固溶體中的溶解度。
影響溶解度的主要因素:
1)溫度
2)原子直徑因素
3)晶體結構因素
4、固溶體的性能
固溶強化：溶入溶質元素形成固溶體而使金屬的強度、硬度升高的現象。固溶強化是金屬材料的一種重要的強化途徑。
固溶體的性能：一般來說，固溶體是一個硬度不高、塑性較好的一個相。
（二）金屬化合物（中間相）
在合金中，當溶質含量超過固溶體的溶解度時，除了形成固溶體外，還將出現新相。
這個新相可能是一種新的固溶體，也可能是一種化合物。如：Fe3C、FeS。
金屬化合物:具有金屬性質的化合物。（其晶體結構不同於任一組元）
（1）金屬化合物的性能
金屬化合物性能:一般都具有復雜的晶格結構，熔點高，硬而脆。
金屬化合物若以細小的粒狀均勻分布在固溶體相的基體上會使合金的強度、硬度進一步提高，這種現象稱為第二相彌散強化。
在合金中，金屬化合物的多少、形態、大小、分布等對合金的性能有不同的影響。
（2）金屬化合物的種類
1、正常價化合物:這類化合物符合正常的原子價規律，成分固定並有嚴格分子式的金屬化合物。
2、電子化合物:這類化合物不遵守原子價規律而服從電子濃度規律。其晶體結構主要取決於電子濃度。
3、間隙化合物:間隙化合物一般是由原子半徑較大的過渡族金屬元素和原子半徑較小的非金屬元素組成的化合物。(非金屬元素有規則的嵌入金屬元素晶格的間隙中）
a)當非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值小於0.59時，形成簡單晶格的間隙化合物，稱間隙相.
b)當非金屬原子直徑與金屬原子直徑比值大於0.59時，則不能產生間隙相，而形成復雜結構的間隙化合物.
間隙相、復雜結構的間隙化合物、間隙固溶體的區別：
1、晶體結構:間隙固溶體的晶體結構與溶劑相同；而間隙相和復雜結構的間隙化合物的晶體結構不同於任一組元，間隙相具有簡單的晶體結構。
2、性能:間隙固溶體硬度低、塑性好，通常作為基體使用；間隙相和復雜結構的間隙化合物都具有高熔點、高硬度。（尤其是間隙相）通常作為彌散強化相。

E. 細化晶粒的方法有哪些

方法：

（1）在液態金屬結晶時，提高冷卻速度，增大過冷度，來促進自發形核。晶核數量愈多，則晶粒愈細。

（2）在金屬結晶時，有目的地在液態金屬中加入某些雜質，做為外來晶核，進行非自發形核，以達到細化晶粒的目的，此方法稱為變質處理。這種方法在工業生產中得到了廣泛的應用。如鑄鐵中加入硅、鈣等。

（3）在結晶過程中，採用機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等，也可使晶粒細化。

因為一般地說，在室溫下，細晶粒金屬具有較高的強度和韌性，所以需要細化晶粒。

(5)合金結晶細小晶粒在哪裡擴展閱讀：

理想的鑄錠組織是鑄錠整個截面上具有均勻、細小的等軸晶，這是因為等軸晶各向異性小，加工時變形均勻、性能優異、塑性好，利於鑄造及隨後的塑性加工。要得到這種組織，通常需要對熔體進行細化處理。

都與過冷度有關，過冷度增加，形核率與長大速度都增加，但兩者的增加速度不同，形核率的增長率大於長大速度的增長率。在一般金屬結晶時的過冷范圍內，過冷度越大，晶粒越細小。

鋁及鋁合金鑄錠生產中增加過冷度的方法主要有降低鑄造速度、提高液態金屬的冷卻速度、降低澆注溫度等。

但是，如果沒有較多的游離晶粒的存在，增加激冷作用反而不利於細晶粒區的形成和擴大。

動態晶粒細化就是對凝固的金屬進行振動和攪動，一方面依靠從外面輸入能量促使晶核提前形成，另一方面使成長中的枝晶破碎，增加晶核數目。當前已採取的方法有機械攪拌、電磁攪拌、音頻振動及超聲波振動等。

利用機械或電磁感應法攪動液穴中熔體，增加了熔體與冷凝殼的熱交換，液穴中熔體溫度降低，過冷帶增大，破碎了結晶前沿的骨架，出現了大量可作為結晶核的枝晶碎塊，從而使晶粒細化。

1.晶界上有界面能的作用，因此晶粒形成一個在幾何學上與肥皂泡相似的三維陣列。

2.晶粒邊界如果都具有基本上相同的表面張力，晶粒呈正六邊形。

3.在晶界上的第二類夾雜物（雜質或氣泡）,如果它們在燒結溫度下不與主晶相形成液相,則將阻礙晶界移動。

在燒結體內晶界移動有以下七種方式： 氣孔靠晶格擴散移動； 氣孔靠表面擴散移動； 氣孔靠氣相傳遞； 氣孔靠晶格擴散聚合； 氣孔靠晶界擴散聚合； 單相晶界本徵遷移； 存在雜質牽制晶界移動。

F. 根據凝固理論，細化晶粒的基本途徑有哪些

1、改變結晶過程中的凝固條件，盡量增加冷卻速度，另一方面調節合金成分以提高液體金屬過冷能力，使形核率增加，進而獲得細化的初生晶粒。

2、進行塑性變形時嚴格控制隨後的回復和再結晶過程以獲得細小的晶粒組織。

3、利用固溶體的過飽和分解或粉末燒結等方法，在合金中產生彌散分布的第二相以控制基體組織的晶粒長大。

4、通過同素異形轉變的多次反復快速加熱冷卻的熱循環處理來細化晶粒。

5、機械振動、超聲波振動和電磁振動。

細化晶粒與冷度的關系：

都與過冷度有關，過冷度增加，形核率與長大速度都增加，但兩者的增加速度不同，形核率的增長率大於長大速度的增長率。在一般金屬結晶時的過冷范圍內，過冷度越大，晶粒越細小。

鋁及鋁合金鑄錠生產中增加過冷度的方法主要有降低鑄造速度、提高液態金屬的冷卻速度、降低澆注溫度等。但是，如果沒有較多的游離晶粒的存在，增加激冷作用反而不利於細晶粒區的形成和擴大。

G. 怎樣獲得細晶粒組織

要獲得細晶粒組織有以下幾種方法：
1.外加形核物質，變質劑，孕育劑，中間合金等（如陶瓷顆粒，稀土元素）
2.外加場作用（如，電磁攪拌，超神波處理）
3.固態成型工藝（如等徑角道擠壓(ECAE)和大比率擠壓,熱鍛等）
4.快速冷卻技術
細晶粒鋼又名本質細晶粒鋼，是金屬材料通過一些熱處理方法細化晶粒使其本質晶粒度達到5至8級，從而提高其機械性能的鋼材。本質晶粒度是指鋼在一定條件下奧氏體晶粒長大的傾向，在930±10℃保溫3～8h後測定奧氏體晶粒。
當鋼中加入合金元素；鉻、鉬、鈦、鎢、釩等，將使晶粒長大的傾向大大減少，即降低鋼的過熱敏感性。但本質細晶粒鋼，當加熱到所謂組織晶粒長大的合金元素及其碳化物一旦溶於奧氏體的溫度時，一般在950℃以上，並且常時間保溫，其晶粒便開始急劇長大。

用途
細晶粒鋼用於石油化工、煤轉化、核電、汽輪機缸體、火電等使用條件苛刻、腐蝕介質復雜的大型設備，如：水洗塔、第二變換爐、焦炭塔、脫硫槽、轉化氣余熱鍋爐、甲烷化爐、反應器、再生器、加氫反應器、甲烷化加熱器、轉化氣蒸汽發生器。

H. 純金屬結晶與合金結晶有什麼異同

金屬的結晶熔化凝固結晶金屬由液態轉變為固態的過程。結晶是指從原子不規則排列的液態轉變為原子規則排列的晶體狀態的過程。平衡結晶溫度或理論結晶溫度金屬熔點金屬的結晶金屬的結晶 ?? 物質從液態到固態的轉變過程。若凝固後的物質為晶體，則稱之為結晶。金屬及其合金都是晶體，所以它們的凝固過程就是結晶。 ?? 凝固過程影響後續工藝性能、使用性能和壽命。 ?? 凝固是相變過程，可為其它相變的研究提供基礎。 ?? 金屬冶煉、鑄造、焊接工藝過程就是結晶過程。第一節 結晶的基本規律一、液態金屬的結構結構：長程有序而短程有序。特點（與固態相比）：原子間距較大、原子配位數較小、原子排列較混亂。冷卻曲線 結晶潛熱 結晶溫度過冷結晶潛熱第一節 結晶的基本規律二、、過冷現象（1）過冷：金屬的實際結晶溫度總是低於其理論結晶溫度的現象。（2）過冷度：金屬材料的理論結晶溫度(Tm) 與其實 際 結 晶 溫 度 T o 之 差 △T=T m -T o 註：過冷是結晶的必要條件，結晶過程總是在一定的過冷度下進行。第一節 結晶的基本規律三、結晶過程（1）結晶的基本過程：形核－長大。（見示意圖）（2）描述結晶進程的兩個參數形核率：單位時間、單位體積液體中形成的晶核數量。用N表示。長大速度：晶核生長過程中，液固界面在垂直界面方向上單位時間內遷移的距離。用G表示。形核長大形成多晶體兩個過程重疊交織第二節 結晶的基本條件 1 熱力學條件（1）G-T曲線（圖3－4） a 是下降曲線：由G-T函數的一次導數（負）確定。 dG/dT=-S b 是上凸曲線：由二次導數（負）確定。 d 2 G/d 2 T=-C p /T c 液相曲線斜率大於固相：由一次導數大小確定。二曲線相交於一點，即材料的熔點。第二節 結晶的基本條件 1 熱力學條件（2）熱力學條件 △Gv=－L m △T/T m a △T>0, △Gv<0－過冷是結晶的必要條件（之一）。 b △T越大, △Gv越小－過冷度越大，越有利於結晶。 c △Gv的絕對值為凝固過程的驅動力。第二節 結晶的基本條件 2 結構條件（1）液態結構模型微晶無序模型拓撲無序模型（2）結構起伏（相起伏）：液態材料中出現的短程有序原子集團的時隱時現現象。是結晶的必要條件（之二）。出現幾率結構起伏大小第三節 晶核的形成均勻形核：新相晶核在遍及母相的整個體積內無軌則均勻形成。非均勻形核：新相晶核依附於其它物質擇優形成。 1 均勻形核（1）晶胚形成時的能量變化 △G＝V△Gv+σS =(4/3)πr 3 △Gv+4πr 2 σ 第三節 晶核的形成 1 均勻形核〔2〕臨界晶核 d△G/dr=0 r k =-2σ/△Gv 臨界晶核：半徑為r k 的晶胚。（3〕臨界過冷度 r k =-2σTm/Lm△T 臨界過冷度：形成臨界晶核時的過冷度。 △T k . △T≥△T k 是結晶的必要條件。第三節 晶核的形成 1 均勻形核（4）形核功與能量起伏 △G k ＝S k σ/3 臨界形核功：形成臨界晶核時需額外對形核所做的功。能量起伏：系統中微小區域的能量偏離平均能量水平而高低不一的現象。（是結晶的必要條件之三）。第三節 晶核的形成 1 均勻形核（5）形核率與過冷度的關系 N=N 1 .N 2 由於N受N 1 .N 2 兩個因素控制，形核率與過冷度之間是呈拋物線的關系。第三節 晶核的形成 2 非均勻形核（1）模型：外來物質為一平面，固相晶胚為一球冠。（2）自由能變化：表達式與均勻形核相同。第三節 晶核的形成 2 非均勻形核（3）臨界形核功計算時利用球冠體積、表面積表達式，結合平衡關系 σ lw =σsw+σ sl cosθ計算能量變化和臨界形核功。 △G k非 /△G k =(2-3cosθ+cos 3 θ)/4 a θ=0時，△G k非＝0，雜質本身即為晶核； b 180>θ>0時, △G k非 <△G k , 雜質促進形核； cθ=180時，△G k非＝△G k ，雜質不起作用。第三節 晶核的形成 2 非均勻形核（4）影響非均勻形核的因素 a 過冷度：（N-△T曲線有一下降過程）。（圖3－16） b 外來物質表面結構：θ越小越有利。點陣匹配原理：結構相似，點陣常數相近。 c 外來物質表面形貌：表面下凹有利。（圖3－17）第四節 晶核的長大 1 晶核長大的條件（1）動態過冷動態過冷度：晶核長大所需的界面過冷度。（是材料凝固的必要條件）（2）足夠的溫度（3）合適的晶核表面結構。第四節 晶核的長大 2 液固界面微結構與晶體長大機制粗糙界面（微觀粗糙、宏觀平整－金屬或合金的界面）：垂直長大。光滑界面（微觀光滑、宏觀粗糙－無機化合物或亞金屬材料的界面）：橫向長大：二維晶核長大、依靠缺陷長大。第四節 晶核的長大第四節 晶核的長大第四節 晶核的長大第四節 晶核的長大 3 液體中溫度梯度與晶體的長大形態（1）正溫度梯度（液體中距液固界面越遠，溫度越高）粗糙界面：平面狀。光滑界面：台階狀。（2）負溫度梯度（液體中距液固界面越遠，溫度越低）粗糙界面：樹枝狀。光滑界面：樹枝狀－多面體—台階狀。第四節 晶核的長大第四節 晶核的長大 (1)平面長大 ?? 當冷卻速度較慢時，金屬晶體以其表面向前平行推移的方式長大。晶體長大時，不同晶面的垂直方向上的長大速度不同。沿密排面的垂直方向上的長大速度最慢，而非密排面的垂直方向上的長大速度較快。平面長大的結果，晶體獲得表面為密排面的規則形狀。第四節 晶核的長大第四節 晶核的長大 (2)樹枝狀長大 ?? 當冷卻速度較快時，晶體的稜角和棱邊的散熱條件比面上的優越，因而長大較快，成為伸入到液體中的晶枝。優先形成的晶枝稱一次晶軸，在一次晶軸增長和變粗的同時，在其側面生出新的晶枝，即二次晶軸。其後又生成三次晶軸、四次晶軸。結晶後得到具有樹枝狀的晶體。 ?? 實際金屬結晶時，晶體多以樹枝狀長大方式長大。第四節 晶核的長大第五節凝固理論的應用 ?? 金屬結晶後，獲得由大量晶粒組成的多晶體。一個晶粒是由一個晶核長成的晶體，實際金屬的晶粒在顯微鏡下呈顆粒狀。 ?? 在一般情況下, 晶粒越小, 則金屬的強度, 塑性和韌性越好。工程上使晶粒細化, 是提高金屬機械性能的重要途徑之一。這種方法稱為細晶強化。 ?? 細化鑄態金屬晶粒有以下措施。第五節凝固理論的應用 1、增加過冷度一定體積的液態金屬中，若形核率N(單位時間單位體積形成的晶核數,個/m 3 ·s)越大，則結晶後的晶粒越多， 晶粒就越細小； 晶體長大速度G(單位時間晶體長大的長度, m/s)越快，則晶粒越粗。 ?? 隨著過冷度的增加, 形核速率和長大速度均會增大。但前者的增大更快，因而比值N/G也增大, 結果使晶粒細化。第五節 凝固理論的應用第五節凝固理論的應用 ?? 增大過冷度的主要辦法是提高液態金屬的冷卻速度，採用冷卻能力較強的模子。例如採用金屬型鑄模，比採用砂型鑄模獲得的鑄件晶粒要細小。第五節凝固理論的應用 2. 變質處理 ?? 變質處理就是在液體金屬中加入孕育劑或變質劑，以增加晶核的數量或者阻礙晶核的長大，以細化晶粒和改善組織。 ?? 例如，在鋁合金液體中加入鈦、鋯；鋼水中加入鈦、釩、鋁等。第五節凝固理論的應用 3. 振動在金屬結晶的過程中採用機械振動、超聲波振動等方法，可以破碎正在生長中的樹枝狀晶體，形成更多的結晶核心，獲得細小的晶粒。 4. 電磁攪拌將正在結晶的金屬置於一個交變電磁場中，由於電磁感應現象，液態金屬會翻滾起來，沖斷正在結晶的樹枝狀晶體的晶枝，增加結晶核心，從而可細化晶粒。第五節凝固理論的應用二、單晶體制備 1、意義：單晶是電子元件和激光元件的重要原料。金屬單晶也開始應用於某些特殊場合如噴氣發動機葉片等。 2、基本原理：根據結晶理論，制備單晶的基本要求是液體結晶時只存在一個晶核，要嚴格防止另外形核。 3、制備方法：尖端形核法和垂直提拉法。第五節凝固理論的應用三、定向凝固技術（1）原理：單一方向散熱獲得柱狀晶。（2）制備方法。第五節凝固理論的應用四、急冷凝固技術超高速急冷技術可獲得超細化晶粒的金屬、亞穩態結構的金屬和非晶態結構的金屬。非晶態金屬具有特別高的強度和韌性、優異的軟磁性能、高的電阻率、良好的抗蝕性等。（1）非晶金屬與合金 （2）微晶合金。（3）准晶合金。 ?? 一、相圖的意義及相關概念 ?? 二、二元合金狀態圖的建立 ?? 三、平衡相組成的分析 ?? 四、二元狀態圖的基本類型分析一、相圖的意義及相關概念 ?? 相圖的意義 ?? 相關概念 ??組元 ??合金系 ??相圖二、二元合金狀態圖的建立 ?? 目前，合金狀態圖主要是通過實驗測定的，且測定合金狀態圖的方法很多，但應用最多的是熱分析法。 ?? 以Cu—Ni合金相圖測定為例，說明熱分析法的應用及步驟： ?? （1）配製不同成分的合金試樣，如Ⅰ純銅； Ⅱ75%Cu+25%Ni；Ⅲ50%Cu+50%Ni；合金Ⅳ 25%Cu+75%Ni；Ⅴ：純Ni。 ?? （2）測定各組試樣合金的冷卻曲線並確定其相變臨界點； ?? （3）將各臨界點繪在溫度—合金成分坐標圖上； ?? （4）將圖中具有相同含義的臨界點連接起來，即得到Cu、 Ni合金相圖。用熱分析法測定Cu、Ni相圖 ?? a）冷卻曲線 b）相圖三、平衡相組成的分析 ?? 1．平衡相成分的確定 ?? 2．平衡相相對重量的確定：（杠桿定律）平衡相成分分析示意圖平衡相相對重量的確定（杠桿定律） mn mk m n m X M ?? ?? ?? ?? ' ' ' ?? mn kn m n X n M L ?? ?? ?? ?? ' ' ' 四、二元狀態圖的基本類型分析 ?? 1.二元勻晶相圖 ?? 2.二元共晶相圖 ?? 3.二元包晶相圖 ?? 4.形成穩定化合物的相圖 ?? 5.具有共析轉變的相圖 ?? 6.合金的性能與相圖的關系 1.二元勻晶相圖 1．相圖的組成及特徵 2．合金平衡結晶過程及組織 3．枝晶偏析及其消除 Cu-Ni二元均晶相圖 Cu-Ni合金枝晶偏析示意圖枝晶偏析及其消除 ?? 由於實際生產中，合金冷卻速度快，原子擴散不充分。擴散過程總是落後於結晶過程，合金結晶是在非平衡的條件下進行的。這使得先結晶出來的固溶體合金含高熔點組元較多，合金的熔點較高，構成晶體的樹枝狀骨架，後結晶出的部分含高熔點組元較少，熔點較低，填充於枝間。 ?? 這種在晶粒內化學成分不均勻的現象稱為枝晶偏析或稱晶內偏析。 ?? 出現枝晶偏析後，使合金材料的機械性能、耐蝕性能和加工工藝性能變壞。 ?? 出現枝晶偏析後，可通過擴散退火予以消除。一般採用將鑄件加熱到低於固相線100～200℃的溫度，進行長時間保溫，使偏析元素進行充分擴散，成分均勻化。 2.二元共晶相圖 1．相圖的組成分析 2．典型合金平衡結晶過程分析二元共晶相圖 1．相圖的組成分析 ?? 共晶相圖中有三個單相區：液相區L，固相 α和β相區； ?? 三個兩相區：L+α區，L+β區，α+β區； ?? 一個三相共存點：C點共晶合金結晶過程示意圖亞共晶合金結晶過程示意圖 2點溫度( 結束時) 點以下 L α L 1～2之間 L α 接近2點 α α+β α+β α β11 合金Ⅳ的結晶過程示意圖點以上 1-2之間 2-3之間 3以下 L α α L α βⅡ 3.二元包晶相圖 1．相圖的組成分析 2．典型合金平衡結晶過程分析二元包晶相圖 1．相圖的組成分析 ?? 在二元包晶相同中，有三個單相區：液相區L、固相區α和β相區； 三個兩相區：L+α、L+β、α+β； ?? 一個三相共存點：e點（L、α、β共存）合金I結晶過程示意圖合金Ⅱ結晶過程示意圖合金Ⅲ結晶過程示意圖 4.形成穩定化合物的相圖 ?? 合金系中兩組元之間還可能形成穩定的金屬化合物，其組成可用通式AmBn表示，它具有固定的成分和一定的熔點，可把它看成獨立的組元。它的分析可作為兩個簡單相圖進行。 5.具有共析轉變的相圖共析轉變 ?? 共析轉變屬於固態相變的一種類型。和共晶反應一樣是由一個相分解為兩個相的三相平衡等溫轉變。共析轉變的特點是：由特定成分的單相固態合金，在恆定的溫度下，分解成兩個新的，具有一定晶體結構的固相。其反應式可表達為：反應產物和的相對重量有一固定的比例： ?? 由於共析反應是在固態下進行的，其原子擴散條件很差，晶核成長速度很小，所以共析轉變物的組織是比較細密的兩相相間的機械混合物。 5. （1）合金的使用性能與相圖的關系 ?? 由圖可見，當合金形成單相固溶體時，隨溶質溶入量的增加，合金的硬度、強度升高，而電導率降低，呈透鏡形曲線變化，在合金性能與成分的關系曲線上有一極大值或極小值。當合金形成兩相混合物時，其性能是兩相性能值的算術平均值。隨著成分的變化，合金的強度、硬度、導電率等性能在兩組成相的性能間呈線性變化，對於共晶成分或共析成分的合金，其性能還與兩組成相的緻密程度有關，組織愈細，性能愈好。當合金形成穩定化合物時，在化合物處性能出現極大值或極小值。（2）合金工藝性能與相圖的關系 ?? 合金的工藝性能與相圖也有密切的聯系。如鑄造性能（包括流動性、縮孔分布、偏析大小）與相圖中液相線和固相線之間的距離密切相關。相圖中液相線與固相線的距離愈寬，形成枝晶偏析的傾向越大，同時先結晶出的樹枝晶阻礙未結晶液體的流動，則流動性愈差，分散縮孔愈多。 ?? 固溶體中溶質含量越高，鑄造性能愈差；共晶成分的合金鑄造性能最好，即流動性好，分散縮孔少，偏析程度小，所以鑄造合金的成分常選共晶成分或接近共晶成分。又如壓力加工性能好的合金是單相固溶體。因為固溶體的塑性變形能力大，變形均勻；而兩相混合物的塑性變形能力差。再如相圖中的單相合金不能進行熱處理，只有相圖中存在同素異構轉變、共析轉變、固溶度變化的合金才能進行熱處理。

I. 怎樣細化晶粒

細化晶粒的基本做法是：在晶粒的形成過程中增加形核率與減小晶粒的長大速度來現實，如晶粒已成形，設法打碎原來的粗大晶粒。因而可考慮以下方法：
1.適當加大過冷度（可適當增加冷卻速度來現實，但不能過快）；
2.加入形核劑，如加入鈦、鈮、鉻等等以增加形核率；
3.振動處理：可採用機械振動，超聲波振動來細化晶粒（類似於把原來已形成的粗大枝晶打碎）；
4.通過熱處理：以鋼為例，將鋼進行加熱奧氏體化（具體的加熱溫度由材料的化學成份而定），奧氏化化剛完成時得到細小晶粒（注意不能保溫過長時間，以防其又變成粗大晶粒，保溫時間可從工件材料、加熱爐效率、工件截面等方面進行估算），之後以適當的速度冷卻。即可通過退火、正火等方式進行。
由於不知你是在哪種情況之下考慮細化晶粒，可能針對性不強。