机械工程材料第一章金属的结构与结晶

工 程 材 料 第 一 章 金 属 的 结 构 与 结 晶o 1金 属 的 晶 体 结 构o 2金 属 的 结 晶 1 金 属 的 晶 体 结 构o 一 、 晶 体 的 基 本 概 念 在 自 然 界 中 除 了 一 些 少 数的 物 质 （ 如 普 通 玻 璃 、 松 香 等 ）以 外 ， 包 括 金 属 在 内 的 绝 大 多数 固 体 都 是 晶 体1 晶 体 所 谓 晶 体 是 指 其 原 子 （ 离子 或 分 子 ） 在 空 间 呈 规 则 排 列的 物 体 。 非 晶 体 晶 体图 1-1 晶 体 与 非 晶 体 示 意 图 一 、 晶 体 的 基 本 概 念2 晶 体 结 构 晶 体 中 原 子 （ 离 子 或 分 子 ） 在 空 间 的 具 体 排 列 。3 阵 点 （ 结 点 ） 把 原 子 （ 离 子 或 分 子 ） 抽 象 为 规 则 排 列 于 空 间 的 几何 点 ， 称 为 阵 点 或 结 点 。4 点 阵 在 空 间 的 排 列 方 式 称 为 空 间 点 阵 （ 简 称 点 阵 ） 。5 晶 面 点 阵 中 的 结 点 所 构 成 的 平 面 。 6 晶 向 点 阵 中 的 结 点 所 组 成 的 直 线 。 图 1-2 晶 体 结 构 一 、 晶 体 的 基 本 概 念7 晶 格 把 点 阵 中 的 结 点 假 想 用 一 系 列 平 行 直 线 连 接 起 来 构 成 空 间格 子 称 为 晶 格 。8 晶 胞 构 成 晶 格 的 最 基 本 单 元 。 由 于 晶 体 中 原 子 排 列 的 规 律 性 ， 可 以 用 晶 胞 来 描 述 其 排 列 特征 。9 晶 格 常 数 晶 胞 的 棱 边 长 度 a、 b、 c和 棱 间 夹 角 、 、 是 衡 量 晶 胞 大小 和 形 状 的 六 个 参 数 ， 其 中 a、 b、 c称 为 晶 格 常 数 或 点 阵 常数 。 其 大 小 用 A来 表 示 （ 1A=10 -8cm） 若 a=b=c， =90 这 种 晶 胞 就 称 为 简 单 立 方 晶 胞 。具 有 简 单 立 方 晶 胞 的 晶 格 叫 做 简 单 立 方 晶 格 。 图 1-3 晶 胞 一 、 晶 体 的 基 本 概 念 图 1-4 晶 体 规 则 排 列 示 意 图 晶 体 晶 格 晶 胞 晶 面 晶 向 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型o 在 金 属 元 素 中 ， 常 见 的 金 属 晶 体 结 构 类 型 有 下 面 三 种 晶 体 结 构 类 型 。o （ 一 ） 体 心 立 方 晶 格o 体 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 是 由 八 个 原 子 构 成 的 立 方 体 ， 并 且 在 立 方 体 的 体 中 心 还 有 一个 原 子 。o 晶 格 常 数 a=b=c， 通 常 只 用 a表 示 ， （ 见 图 1-3） 。o 这 种 晶 胞 在 其 立 方 体 的 对 角 线 方 向 上 原 子 是 紧 密 接 触 排 列 着 的 。 故 其 对 角 线 长度 a方 向 上 所 分 布 的 原 子 数 目 为 2， 这 样 可 计 算 出 其 原 子 半 径 ： o 在 这 种 晶 胞 中 ， 因 每 个 顶 点 上 的 原 子 是 同 时 属 于 周 围 八 个 晶 胞 所 共 有 。 实 际 上 每 个 体 心 立 方 晶 胞 中 仅 含 有 ： 个 原 子 。3 21881 ar 43 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型o 晶 格 的 致 密 度 ： 是 指 其 晶 胞 中 所 包 含 的 原 子 所 占 有 的 体 积 与该 晶 胞 体 积 之 比 。 用 “ K”表 示 。o 体 心 立 方 晶 格 的 致 密 度 ： 即 晶 格 中 有 68%的 体 积 被 原 子 占 有 ， 其 余 为 空 隙 。o 属 于 这 种 体 心 立 方 晶 格 的 金 属 有 Fe( 912 , -Fe)、 Cr、Mo、 W、 V等 。 68.043342 33 aaK 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型 图 1-5 体 心 立 方 晶 格 图 1-6 面 心 立 方 晶 格 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型（ 二 ） 面 心 立 方 晶 格o 面 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 也 是 由 八 个 原 子 构 成 的 立 方 体 ， 但 在 立 方 体 的 每 个 面 上 还各 有 一 个 原 子 。o 晶 格 常 数 a=b=c， 通 常 只 用 a表 示 ， （ 见 图 1-3） 。o 在 这 种 晶 胞 中 ， 在 每 个 面 的 对 角 线 上 各 原 子 彼 此 相 互 接 触 ，o 因 而 其 原 子 半 径 ： o 又 因 每 一 面 心 位 置 上 的 原 子 是 同 时 属 于 两 个 晶 胞 所 共 有 的 ， 故 面 心 立 方 晶 格 的晶 胞 中 包 含 有 ： 个 原 子 。ar 42 4621881 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型（ 二 ） 面 心 立 方 晶 格o 面 心 立 方 晶 格 的 致 密 度 ： 即 有 74%的 体 积 被 原 子 占 有 ， 其 余 的 为 空 隙 。o 属 于 这 种 晶 格 的 金 属 有 ： Fe(912 ,-Fe)、 Al、 Cu、Ni、 Pb等 。 74.042344 33 aaK 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型 图 1-7 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型 体 心 立 方 晶 格 面 心 立 方 晶 格 密 排 六 方 晶 格 图 1-8 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 二 、 常 见 金 属 的 晶 体 结 构 类 型（ 三 ） 密 排 六 方 晶 格o 密 排 六 方 晶 格 由 12个 原 子 构 成 的 简 单 六 方 晶 体 ， 且 在 上 下 两 个 六 方 面心 还 各 有 一 个 原 子 ， 而 且 简 单 六 方 体 中 心 还 有 3个 原 子 。o 晶 格 常 数 a bc， c/a=1.633o 密 排 六 方 晶 格 晶 胞 中 所 含 原 子 数 ： 个 原 子o 致 密 度 K=0.74o 属 于 这 种 晶 格 的 金 属 有 Be、 Mg、 Zn、 Cd等 。 o 除 以 上 三 种 晶 格 以 外 ， 少 数 金 属 还 具 有 其 它 类 型 的 晶 格 ， 但 一 般 很 少 遇 到 。 图 1-9 密 排 六 方 晶 格632211261 三 、 晶 面 及 晶 向 指 数 o 在 研 究 金 属 晶 体 结 构 的 细 节 及 其 性 能 时 ， 往 往 需 要 分 析 它 们 的 各 种晶 面 和 晶 向 中 原 子 分 布 的 特 点 ， 这 样 有 必 要 给 各 种 晶 面 和 晶 向 定 出 一 定的 符 号 ， 以 表 示 出 它 们 在 晶 体 中 的 方 向 ， 从 而 便 于 分 析 ， 晶 面 和 晶 向 的这 种 符 号 分 别 叫 “ 晶 面 指 数 ” 和 “ 晶 向 指 数 ” 。 晶 面 指 数 与 晶 向 指 数 是 如 何 确 定 ？ 三 、 晶 面 及 晶 向 指 数（ 一 ） 晶 面 指 数 的 确 定o 如 图 1-10 设 晶 格 中 ， 某 一 原 子 为 原 点 ， 通 过 该 点 平 行 于 晶 胞 的 三 棱 边 作 OX、OY、 OZ三 坐 标 轴 ， 以 晶 格 常 数 a、 b、 c分 别 作 为 相 应 的 三 个 坐 标 轴 上 的 度 量 单位 ， 求 出 所 需 确 定 的 晶 面 在 三 坐 标 轴 上 的 截 距 ；o 将 所 得 三 截 距 之 值 变 为 倒 数 ；o 再 将 这 三 个 倒 数 按 比 例 化 为 最 小 整 数 并 加o 上 一 圆 括 号 即 为 晶 面 指 数 。 一 般 表 示 形 式 ： （ hkl) 。 图 1-10 晶 面 指 数 的 确 定 （ 一 ） 晶 面 指 数 的 确 定o 1 PBEQ面 ： 在 三 坐 标 轴 上 的 截 距 分 别 是 1/2， 1， ； 截 距 倒 数 分 别 是 ： 2， 1， 0； 化 为 最 小 整 数 后 的 晶 面 指 数 （ 210）o 2 AGE面 ： 截 距 1， 1， 1； 倒 数 1， 1， 1 ， 晶 面 指 数 （ 111）o 3 DBEG面 ： 截 距 1， 1， ； 倒 数 1， 1， 0， 晶 面 指 数 （ 110）o 4 DCFG面 ： 截 距 1， ， ； 倒 数 1， 0， 0， 晶 面 指 数 （ 100）o 值 得 注 意 ： 晶 面 指 数 ， 并 非 仅 指 一 晶 格 中 的 某 一 个 晶 面 ， 而 是 泛 指 该 晶 格 中 所 有 那 些 与 其 相 平 行 的 位 向 相 同 的 晶 面 。 在 一 种 晶 格 中 ， 如 果 某 些 晶 面 ， 虽 然 它 们 的 位 向 不 同 ， 但 原 子 排 列 相 同 。 如 （ 100） 、 （ 010） 及 （ 001） 等 ， 这 时 若 不 必 要 予 以 区 别 时 ， 可 把 这 些 晶 面 统 用 100表 示 。 即 ： （ hkl)这 类 符 号 系 指 某 一 确 定 位 向 的 晶 面 指 数 ； 而 hkl则 可 指 所 有 那 些 位 向 不 同 而 原 子 排 图 1-11 晶 面 指 数 的 确 定 列 相 同 的 晶 面 指 数 。 三 、 晶 面 及 晶 向 指 数（ 二 ） 晶 向 指 数 的 确 定o 通 过 坐 标 原 点 引 一 直 线 ， 使 其 平 行 于 所 求 的 晶 向 ；o 求 出 该 直 线 上 任 意 一 点 的 三 个 坐 标 值 ；o 将 三 个 坐 标 值 按 比 例 化 为 最 小 整 数 ， 加 一 方 括 号 ， 即 为 所 求 的 晶 面 指 数 ， 其o 一 般 形 式 uvw。 如 ： AB的 晶 向 指 数 ： 过 O作 一 平 行 直 线 OP, 其 上 任 一 点 的 坐 标 （ 110） ,这 样 所 求 AB的 晶 向 指 数 即 为 110； OB： 本 身 过 原 点 不 必 作 平 行 线 ， 其 上 任 一 点 的 坐 标 （ 111） ， 其 晶 向 指 数 111； OC： 其 上 任 一 点 C的 坐 标 （ 100） ， 其 晶 相 指 数 100。 同 理 ： OD晶 向 指 数 010,OA为 001。 同 样 100代 表 方 向 相 同 的 一 组 晶 向 , 图 1-12 晶 向 指 数 的 确 定 而 则 代 表 方 向 不 同 但 原 子 排 列 相 同 的 晶 向 四 、 金 属 的 实 际 结 构 和 晶 体 缺 陷（ 一 ） 单 晶 体 与 多 晶 体o 单 晶 体 ： 一 块 晶 体 ， 其 内 部 的 晶 格 位 向 完 全 一 致 ， 称 这 块 晶体 为 单 晶 体 。o 在 一 块 很 小 的 金 属 中 也 含 着 许 多 的 小 晶 体 ， 每 个 小 晶 体 的 内部 ， 晶 格 位 向 都 是 均 匀 一 致 的 ， 而 各 个 小 晶 体 之 间 ， 彼 此 的位 向 都 不 相 同 。 这 种 小 晶 体 的 外 形 呈 颗 粒 状 ， 称 为 “ 晶 粒 ” 。o 晶 粒 与 晶 粒 之 间 的 界 面 称 为 “ 晶 界 ” 。 在 晶 界 处 ， 原 子 排 列为 适 应 两 晶 粒 间 不 同 晶 格 位 向 的 过 度 ， 总 是 不 规 则 的 。o 多 晶 体 ： 实 际 上 由 多 个 晶 粒 组 成 的 晶 体 结 构 称 为 “ 多 晶 体 ” 。 （ 一 ） 单 晶 体 与 多 晶 体o 对 于 单 晶 体 ， 由 于 各 个 方 向 上 原 子排 列 不 同 ， 导 致 各 个 方 向 上 的 性 能不 同 ， 即 “ 各 向 异 性 ” 的 特 点 ；o 而 多 晶 体 对 每 个 小 晶 粒 具 有 “ 各 向异 性 ” 的 特 点 ， 而 就 多 晶 体 的 整 体 ，由 于 各 小 晶 粒 的 位 向 不 同 ， 表 现 的是 各 小 晶 粒 的 平 均 性 能 ， 不 具 备“ 各 向 异 性 ” 的 特 点 。 单 晶 体 多 晶 体 图 1-13 单 晶 体 与 多 晶 体 四 、 金 属 的 实 际 结 构 和 晶 体 缺 陷（ 二 ） 晶 体 缺 陷o 在 金 属 中 还 存 在 着 各 种 各 样 的晶 格 缺 陷 ， 按 其 几 何 形 式 的 特点 ， 分 为 如 下 三 类 ： 1.点 缺 陷o 原 子 排 列 不 规 则 的 区 域 在 空 间三 个 方 向 尺 寸 都 很 小 。o 晶 体 中 的 空 位 、 间 隙 原 子 、 杂质 原 子 都 是 点 缺 陷 。 图 1-14 点 缺 陷 示 意 图 （ 二 ） 晶 体 缺 陷o 当 晶 格 中 某 些 原 子 由 于 某 种 原 因 ， （ 如热 振 动 等 ） 脱 离 其 晶 格 结 点 而 转 移 到 晶 格 间隙 这 样 就 形 成 了 点 缺 陷 ， 点 缺 陷 的 存 在 会 引起 周 围 的 晶 格 发 生 畸 变 ， 从 而 使 材 料 的 性 能发 生 变 化 ， 如 屈 服 强 度 提 高 和 电 阻 增 加 等 。 （ 二 ） 晶 体 缺 陷2.线 缺 陷o 原 子 排 列 的 不 规 则 区 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 。o 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 。o 滑 移 部 分 与 未 滑 移 部 分 的 交 界 线 即 为 位错 线 。o 由 于 晶 体 中 局 部 滑 移 的 方 式 不 同 ， 可 形成 不 同 类 型 的 位 错 ，o 图 1-15为 一 种 最 简 单 的 位 错 “ 刃 型 位 错 ” 。 因 为 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 ” 。 图 1-15 线 缺 陷 示 意 图 （ 二 ） 晶 体 缺 陷o 实 际 晶 体 中 存 在 大 量 的 位 错 ,一 般 用 位 错 密 度 来 表 示位 错 的 多 少 。o 位 错 密 度 ： 单 位 体 积 中 位 错 线 的 总 长 度 , 或 单 位 面 积 上 位 错 线 的 根 数 ,单 位 cm2o 位 错 线 附 近 的 原 子 偏 离 了 平 衡 位 置 ,使 晶 格 发 生 了 畸变 ,对 晶 体 的 性 能 有 显 著 的 影 响 。o 实 验 和 理 论 研 究 表 明 :晶 体 的 强 度 和 位 错 密 度 有 如 图 1-16的 对 应 关 系 ,o 当 晶 体 中 位 错 密 度 很 低 时 ,晶 体 强 度 很 高 ； 相 反 在 晶体 中 位 错 密 度 很 高 时 ,其 强 度 很 高 。o 但 目 前 的 技 术 ,仅 能 制 造 出 直 径 为 几 微 米 的 晶 须 ,不 能 满 足 使 用 上 的 要 求 。 而 位 错 密 度 很 高 易 实 现 ,如 剧烈 的 冷 加 工 可 使 密 度 大 大 提 高 ,这 为 材 料 强 度 的 提 高提 供 途 径 。 图 1-16 金 属 强 度 与位 错 密 度 的 关 系 （ 二 ） 晶 体 缺 陷 3.面 缺 陷o 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 前 面 讲 的 晶 界 和 亚 晶 界 是 晶 体 中 典型 的 面 缺 陷 。o 显 然 在 晶 界 处 原 子 排 列 很 不 规 则 ， 亚晶 界 处 原 子 排 列 不 规 则 程 度 虽 较 晶 界 处 小 ，但 也 是 不 规 则 的 ， 可 以 看 作 是 由 无 数 刃 型位 错 组 成 的 位 错 墙 。 o 这 样 晶 界 及 亚 晶 界 愈 多 ， 晶 格 畸 变 越大 ， 且 位 错 密 度 愈 大 ， 晶 体 的 强 度 愈 高 。 图 1-17 面 缺 陷 面 缺 陷 :孪 晶 图 1-18 孪 晶 示 意 图 2金 属 的 结 晶一 、 结 晶 的 基 本 概 念o 一 切 物 质 从 液 态 到 固 态 的 转 变 过 程 称 为 凝 固 ， 如凝 固 后 形 成 晶 体 结 构 ， 则 称 为 结 晶 。o 金 属 在 固 态 下 通 常 都 是 晶 体 ， 所 以 金 属 自 液 态 冷却 转 变 为 固 态 的 过 程 ， 称 为 金 属 的 结 晶 。o 液 态 金 属 与 固 态 金 属 的 主 要 差 别 在 于 ： 液 态 金 属无 一 定 形 状 ， 易 流 动 ， 原 子 间 的 距 离 大 ， 但 在 一 定 温度 条 件 下 ， 在 液 态 金 属 中 存 在 与 固 态 金 属 的 “ 远 程 排列 ” 不 同 的 “ 近 程 排 列 ” 。 一 、 结 晶 的 基 本 概 念 1. 结 晶 时 的 过 冷 现 象o 各 种 纯 金 属 如 Fe、 Cu等 都 有 一 定 的 结 晶 温 度 。 Fe： 1539 ， Cu：1083 等 等 ， 这 是 指 理 论 结 晶 温 度 ， 也 叫 平 衡 结 晶 温 度 ， 是 指 液 体 的结 晶 速 度 与 晶 体 的 熔 化 速 度 相 等 时 的 温 度 。o 实 际 上 的 结 晶 温 度 总 是 低 于 这 一 平 衡 结 晶 温 度 ， 原 因 在 结 晶 的 能 量条 件 上 。o 在 自 然 界 中 ， 任 何 物 质 都 具 有 一 定 的 能 量 ， 而 且 一 切 物 质 都 是 自 发地 由 能 量 高 的 状 态 向 能 量 低 的 状 态 转 变 ， 结 晶 过 程 也 同 样 遵 循 这 一 规 律 。 1. 结 晶 时 的 过 冷 现 象o 图 1-19中 以 自 由 能 F代 表 体 系 的 能 量 ， 只 有当 固 态 金 属 的 自 由 能 低 于 液 态 金 属 的 自 由 能 ， 即 :体 系 自 由 能 变 化 F=F固 F液 0时 ,结 晶 过程 才 能 自 发 进 行 。o 从 温 度 坐 标 上 看 ， 只 有 实 际 结 晶 温 度 T1低 于平 衡 结 晶 温 度 T0， 结 晶 过 程 才 能 自 发 进 行 。o 这 种 实 际 结 晶 温 度 低 于 平 衡 结 晶 温 度 的 现 象称 为 过 冷 现 象 。o 两 者 之 间 的 温 度 差 T称 为 过 冷 度 。即 :T=T 0 Tn。o 过 冷 度 的 大 小 与 金 属 的 本 性 以 及 冷 却 速 度 有关 ， 冷 却 速 度 愈 大 ， 过 冷 度 T愈 大 。 图 1-19 液 体 和 固 体 的自 由 能 随 温 度 的 变 化 2.实 际 结 晶 温 度 的 测 定 （ 冷 却 曲 线 ）o o 金 属 的 实 际 结 晶 温 度 用 热 分 析 方 法 测 定 ，具 体 做 法 ：o 先 将 纯 金 属 加 热 熔 化 为 液 体 ， 然 后 缓 慢 冷 却下 来 ， 同 时 每 隔 一 定 时 间 测 一 次 温 度 ， 并 把 记 录的 数 据 绘 在 温 度 时 间 坐 标 中 ， 得 到 温 度 与 时 间的 曲 线 ， 即 ： 冷 却 曲 线 （ 图 1-20） ，o 可 见 ， 随 时 间 的 增 长 ， 温 度 逐 渐 降 低 ， 当 到T 0温 度 时 出 现 一 个 平 台 ，o 说 明 这 时 虽 然 液 体 金 属 向 外 散 热 ， 但 其 温 度并 没 下 降 ， 这 是 由 于 在 这 一 温 度 液 体 开 始 结 晶 向外 散 热 ， 补 偿 了 液 体 对 外 的 热 量 散 失 ， 说 明 这 一水 平 台 阶 对 应 的 温 度 正 是 实 际 结 晶 温 度 。 这 一 平台 的 开 始 时 间 即 结 晶 的 开 始 ， 终 了 时 间 即 结 晶 的终 了 ， 结 晶 终 了 后 就 没 有 结 晶 潜 热 来 补 偿 热 量 的散 失 ， 所 以 温 度 又 开 始 下 降 。 图 1-20 纯 金 属 冷 却 曲 线 一 、 结 晶 的 基 本 概 念 图 1-21 冷 却 曲 线 的 测 定 一 、 结 晶 的 基 本 概 念 图 1-22 冷 却 曲 线 一 、 结 晶 的 基 本 概 念 图 1-25 结 晶 过 程 一 、 结 晶 的 基 本 概 念 图 1-24 铅 锡 铋 合 金 的 结 晶 组 织 金 相 像 片 二 、 结 晶 过 程 的 基 本 规 律 1. 形 核 和 核 长 大o 金 属 的 结 晶 过 程 从 微 观 的 角 度 看 ， 当 液 体 金 属 冷 到 实 际 结 晶 温 度 后 ， 开 始 从 液 体中 形 成 一 些 尺 寸 极 小 的 、 原 子 呈 规 则 排 列 的 晶 体 晶 核 ， 这 种 已 形 成 的 晶 核 不 断 长 大 ，同 时 液 态 金 属 的 其 它 部 位 也 产 生 新 的 晶 核 ， 新 晶 核 又 不 断 长 大 ， 直 到 液 态 金 属 全 部 消失 ， 结 晶 结 束 。o 液 态 金 属 的 结 晶 包 括 形 核 和 晶 核 长 大 的 两 个 基 本 环 节 。o 形 核 有 自 发 形 核 和 非 自 发 形 核 两 种 方 式 ，o 自 发 形 核 是 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 ， 非 自 发 形 核 所 需 能 量 较 少 ， 它 比 自 发 形 核 容 易 得 多 ， 一 般 条 件 下 ， 液 态 金 属 结 晶 主 要 靠 非 自 发 形 核 。o 晶 体 的 长 大 以 枝 晶 状 形 式 进 行 的 ， 并 不 断 地 分 枝 发 展 。 二 、 结 晶 过 程 的 基 本 规 律o 1. 形 核 和 核 长 大 图 1-25 形 核 和 核 长 大 方 式 二 、 结 晶 过 程 的 基 本 规 律 图 1-26 铸 锭 结 晶 组 织 2. 影 响 晶 核 形 成 和 长 大 的 因 素o 晶 粒 大 小 对 金 属 机 械 性 能 影 响 较 大 ， 在 常 温 下工 作 的 金 属 其 强 度 、 硬 度 、 塑 性 和 韧 性 ， 一 般 是 随晶 粒 细 化 而 有 所 提 高 的 。 影 响 晶 粒 大 小 的 因 素 有 ：o 形 核 率 N， 长 大 速 度 G， 形 核 率 N大 ， 而 长 大 速 度G相 对 小 ， 则 晶 粒 愈 细 ， 即 N与 G的 比 值 大 则 晶 粒细 。o 1） 过 冷 度 ： T大 ， F大 ， 结 晶 驱 动 力 大 ，形 核 率 和 长 大 速 度 都 大 ， 且 N的 增 加 比 G增 加 得 快 ，提 高 了 N与 G的 比 值 ， 晶 粒 变 细 ， 但 过 冷 度 过 大 ，对 晶 粒 细 化 不 利 ， 结 晶 发 生 困 难 。 见 图 1-27 2） 变 质 处 理 ： 在 液 态 金 属 结 晶 前 ， 特 意 加 入某 些 合 金 ， 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 的 处 理 方 法 。 图 1-27 影 响 晶 粒 形 核率 和 长 大 速 度 的 因 素 2 影 响 晶 核 形 成 和 长 大 的 因 素 图 1-28 成 核 速 率 、 长 大 速 度 与 过 冷 度 的 关 系