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02 第2章 金属的结晶.pptx

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本课件从晶核形成与晶核长大两个环节出发,讲解过冷度、自由能与结构起伏等结晶条件,比较均匀形核与非均匀形核的形核功与形核率,分析光滑界面与粗糙界面的长大机制与生长形态,并介绍铸锭三晶区、缺陷及定向凝固、急冷凝固技术。

第2章金属的结晶教学要点表,涵盖结晶基本概念、形核规律、长大规律、铸锭组织与结晶理论应用
结晶基本概念页,说明结晶过程由晶核形成与晶核长大两个基本环节构成
结晶条件页,列出过冷度、自由能与结构起伏三个结晶所需的热力学和结构条件
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第1页:第2章 金属的结晶 教学要点

第2章 金属的结晶

第2章 金属的结晶 教学要点
相关知识掌握程度知识要点
结晶基本概念结晶概念;结构起伏、能量起伏;热力学定律理解结晶与凝固之间的关系;掌握过冷度、自由能、结构起伏的概念;理解冷却曲线和自由能变化曲线
晶核形成规律吉布斯自由能,系统能量变化;均匀形核、非均匀形核;形核功、形核率;影响形核率的主要因素比较均匀形核与非均匀形核的变化规律;计算临界形核半径和临界形核功,了解影响形核率的主要因素
晶核长大规律光滑界面、粗糙界面;垂直长大、平面长大、缺陷长大;正温度梯度、负温度梯度;树枝状生长;晶粒大小的控制理解固液界面微观结构,了解晶核长大机制,掌握金属晶核长大主要特征和控制晶粒大小的主要因素
金属铸锭组织表面细晶区、柱状晶区、等轴状晶区;缩孔、疏松、气孔及夹杂物了解三晶区形成特点和性能特点,掌握控制三晶区的方法;了解铸锭常见缺陷和形成原因
结晶理论的应用定向凝固技术:柱状晶、单晶技术;急冷凝固技术:微晶和纳米晶、非晶、准晶技术熟悉定向凝固和急冷凝固技术;了解柱状晶、单晶、微晶、非晶、准晶的形成及基本特征

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第2页:2.1 结晶的基本概念

2.1 结晶的基本概念

1. 晶核形成与晶核长大

金属的结晶包含晶核形成与晶核长大两个基本过程。

第3页:结晶的条件

2. 结晶的条件

  • 过冷度
  • 自由能
  • 结构起伏

第4页:2.2 均匀形核

2.2 晶核形成规律

1. 均匀形核

  • 形核时的能量变化
  • 临界形核半径和临界形核功
  • 形核率

第5页:非均匀形核

2. 非均匀形核

  • 临界形核半径和形核功
  • 形核率

第6页:2.3 液固界面的微观结构

2.3 晶核长大规律

1. 液固界面的微观结构

  • 光滑界面
  • 粗糙界面

第7页:晶核长大机制

2. 晶核长大机制

  • 垂直长大机制
  • 二维长大机制
  • 晶体缺陷长大机制

第8页:晶体生长的形态

3. 晶体生长的形态

  • 正温度梯度条件下生长的界面形态
  • 负温度梯度条件下生长的界面形态

第9页:晶体长大速度

4. 晶体长大速度

晶体长大速度与界面微观结构、生长方式等多种因素有关。一般光滑界面比粗糙界面的长大速度要慢得多,光滑界面以二维长大方式生长时长大速度最小,光滑界面以螺型位错等缺陷台阶长大方式次之,粗糙界面以垂直长大方式生长时速度最快。大多数金属晶体具有粗糙界面并以枝晶方式长大,具有高的长大速度。

第10页:晶粒大小的控制

5. 晶粒大小的控制

本页源文件仅提取到标题「晶粒大小的控制」,细化说明见课件原图。

第11页:2.4 金属铸锭的组织与缺陷

2.4 金属铸锭的组织与缺陷

1. 铸锭组织

  • 表层细晶粒区
  • 柱状晶粒区
  • 中心等轴状晶粒区

第12页:铸锭组织的控制

2. 铸锭组织的控制

本页源文件仅提取到标题「铸锭组织的控制」,细化说明见课件原图。

第13页:铸锭中的缺陷

3. 铸锭中的缺陷

  • 缩孔
  • 疏松
  • 气孔
  • 夹杂物

第14页:2.5 定向凝固技术

2.5 结晶理论的拓展与应用

1. 定向凝固技术

  • 柱状晶技术
  • 单晶技术

第15页:急冷凝固技术

2. 急冷凝固技术

  • 微晶和纳米晶金属
  • 非晶态金属
  • 准晶态金属
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