晶粒大小对合金力学性能的影响(纯金属的结晶过程)
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晶粒大小对合金力学性能的影响(纯金属的结晶过程)
金属由液态转变为固态的过程称为凝固。通过凝固形成晶体的过程称为结晶。
一、冷却曲线与过冷度
纯金属的结晶是在一定温度下进行的，通常采用热分析法测量其结晶温度。
液态金属冷却到某一温度时，在冷却曲线上出现一水平线段，这个水平线段所对应的温度就是金属的理论结晶温度(T0)。
●在实际结晶过程中，液态金属冷却到理论结晶温度 (T0)以下的某一温度时，才开始结晶，这种现象称为过冷。
●理论结晶温度T0与实际结晶温度T1之差△T，称为过冷度。
实际上金属总是在过冷的情况下结晶的，同一金属结晶时的过冷度不是一个恒定值，过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度越大，过冷度就越大，金属的实际结晶温度也就越低。
过冷是金属结晶的必要条件，但不是充分条件。金属要进行结晶，还要满足动力学条件，如必须有原子的移动和扩散等。
二、金属的结晶过程
晶核的形成和晶核的长大就是金属结晶的基本过程。
a)熔液 b)形核 c)形核与晶核长大 d) 晶核长大 e)结晶结束
晶核的长大方式主要是平面生长方式和树枝状生长方式。
纯金属晶核的长大主要以结晶表面向前平移的方式进行，即采取平面生长方式.
当过冷度较大，液态金属中存在未熔化的微粒时，金属晶核的长大主要以树枝状生长方式长大。当液态金属采用树枝状生长方式长大时，最后凝固的树枝之间不能及时填满，晶体的树枝状就很容易显漏出来，如在很多金属铸锭表面可以看到树枝状的浮雕。
三、金属结晶后的晶粒大小
1．晶粒大小对金属力学性能的影响
晶粒越细小，金属的强度、硬度愈高，塑性、韧性愈好。
2．晶粒大小的控制
在生产中为了获得细小的晶粒组织，常采用以下一些方法：
(1)加快液态金属的冷却速度，增大过冷度。
(2)采用变质处理。对于铸铁，一般叫孕育处理，铝合金叫变质处理（没有严格区分）, 变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的 变质剂加入液态金属时，能直接增加形核核心，这一类变质剂称为孕育剂，相应处理称为孕育处理。如在铁水中加入硅铁，硅钙合金都能细化石墨。
(3)采用机械搅拌、机械振动、超声波振动和电磁振动等措施，使生长中的树枝晶破碎和细化，而且破碎的树枝晶又可起到新晶核作用，使晶核数量增多，从而可细化晶粒。
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