3.1 纯金属的结晶过程

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1、第三章纯金属的凝固物质由液态到固态的转变过程称作凝固。如果液态转变为结晶态固体，这个过程又叫结晶。了解物质的凝固过程，掌握其规律，对控制铸件质量，提高制品性能有重要意义。由于凝固是由液相变为固相的相变过程，掌握凝固过程的规律可为今后研究固态相变打下基础。3.1纯金属的结晶过程一液态金属的结构现代液体金属结构理论认为，液体中原子堆集是密集的，但排列不那么规则。从大范围看，原子排列是不规则的，但从局部微小区域来看，原子可以偶然地在某一瞬间内出现规则的排列，然后又散开。这种现象称为“近程有序”。大小不一的近程

2、有序排列的此起彼伏(结构起伏)就构成了液体金属的动态图像。这种近程有序的原子集团就是晶胚。在具备一定条件时，大于一定尺寸的晶胚就会成为可以长大的晶核。模型:a.微晶无序模型（准晶体模型）b.随机密堆模型。凝固是指物质由液态至固态的转变。因此，了解凝固过程首先应了解液态的结构。由X射线衍射对金属的径向分布密度函数的测定表明.液体中原子间的平均距离比固体中略大；液体中原子的配位数比密排结构晶体的配位数减小，通常在8-11的范围内。上述两点均导致熔化时体积略为增加，但对非密排结构的晶体如Sb，Bi，Ga，Ge

3、等，则液态时配全数反而增大，故熔化时体积略为收缩。除此以外，液态结构的最重要特征是原子排列为长程无序，短程有序，并且短程有序原子集团不是固定不变的，它是一种此消彼长，瞬息万变，尺寸不稳定的结构，这种现象称为结构起伏，这有别于晶体的长程有序的稳定结构。不断变换着的近程有序原子集团，大小不等，时而产生，时而消失，此起彼伏，与无序原子形成动态平衡，这种结构不稳定现象称为结构起伏。温度越低，结构起伏尺寸越大。二纯金属的结晶过程液态金属的结晶过程是一个形核及核长大的过程。小体积的液态金属的形核、长大过程可以用图1

4、示意地表示。如图所示，当液态金属缓慢地冷到结晶温度以后，经过一定时间，开始出现第一批晶核。随时间推移，已形成的晶核不断长大，同时，在液态中又会不断形成新的晶核并逐渐长大，直到液体全部消失为止。单位时间内，单位体积液体中晶核的生成数量N叫作形核率(m-3·s-1)。单位时间内晶核生长的线长度叫作长大线速度G(m·s-1)。由晶核长成的小晶体叫作晶粒。晶粒之间的界面叫作晶粒间界，简称为晶界。图1纯金属结晶过程示意图