【工程材料】材料使我快乐(金属的结晶)(金属粑粑与金属麻麻的故事)

金属结晶的一些概念:

  • ① 晶体—— 原子排列有一定规则的固体。
  • ② 非晶体—— 原子排列无规则的固体。
  • ③ 结晶—— 金属由原子排列无规则的液体状态向原子排列有规则的固体状态的转变过程。

结晶——就是纯金属从液态转换为固态的过程,这个过程温度持续下降,到某个温度,开始结晶,这个温度是实际结晶温度,事实上它小于理论结晶温度,相差值就为过冷度。

这种液态金属必须冷却到结晶温度以下某一温度才能结晶的现象称为过冷
过冷度——实际结晶温度T与理论结晶温度T0的差称为过冷度: ΔT=T0-Tn
把温度和结晶随时间的变化画出来,就是纯金属的冷却曲线。在这里插入图片描述

为什么不一样呢,什么因素起到影响作用,我们对金属结晶的研究够了吗,我们知其然需知其所以然。

  • 研究表明,液态金属的结晶过程实际上是一个不断形成晶核和晶核不断长大的过程。 当温度低于理论结晶温度时,这些短程有序的原子集团趋于稳定,成为可以长大的晶体的核心,称为晶核。
  • 晶核的形成有两个基本途径:就像水蒸气聚集在灰尘上聚集成雨滴
    (1)自发形核——从液体结构内部由金属本身原子自发长出晶核的方式。
    (2)非自发形核——金属原子会依附于未熔的高熔点杂质而形成晶核的方式。非自发形核的原则:“结构相似、尺寸相当”
  • 平面长大方式——晶核的长大过程实质上是原子由液体向固体表面迁移的过程。当过冷度较小且金属较纯时,晶体主要以其表面向前平行推的方式长大。
  • 树枝状长大方式——当过冷度较大特别是存在着某些杂质时,晶体主要以树枝状的形式长大。
  • 在这里插入图片描述

那么研究晶体的意义是什么?
大量实验证明,金属的晶粒愈小,金属的强度愈高,塑性和韧性愈好。那么,我们研究一种东西,是要拿来应用卖钱的,我们是否就可以通过改变晶粒的大小,提高金属强度呢?
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通过细化晶粒来提高金属力学性能的方法叫做细晶强化。屈服强度的量与晶粒直径的平方根成反比,这就是著名的Hall-Petch关系。
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那么怎样操作呢,我晶粒不要面子的吗,说小就小?
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就是过冷度越大,N增大的幅度大于G,单位面积上的晶粒数目Zs变小,于是晶粒就越细啦。当然还有振动变质电磁搅拌等措施。
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合金的过冷度就很大呀。



合金的结晶(金属粑粑与金属麻麻的故事)
人类就喜欢画图,Cu-Ni合金相图:
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