工程材料网络课程 2.2 金属材料的结构 2.2.4 金属的结晶(5)

图2-2-4-3是纯铁的凝固过程

图2-2-4-3纯铁的同素异构转变

液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格的δ-Fe。继续冷却到1394℃时发生同素异构转变, 成为面心立方晶格的 γ -Fe。再冷却到912℃时又发生一次同素异构转变, 成为体心立方晶格的α - Fe。 δ-Fe(体心立方晶格)----- γ -Fe(面心立方晶格)----- α - Fe(体心立方晶格)。

以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体称为该金属的同素异晶体。上式中的 δ-Fe、 γ -Fe 、 α - Fe 均是纯铁的同素异晶体。

金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶。在发生同素异构转变时金属也有过冷现象，也会放出潜热，并具有固定的转变温度。新同素异晶体的形成也包括形核和长大两个过程。同素异构转变是在固态下进行，因此转变需要较大的过冷度。由于晶格的变化导致金属的体积发生变化，转变时会产生较大的内应力。例如 γ -Fe转变为α - Fe时，铁的体积会膨胀约1％。它可引起钢淬火时产生应力， 严重时会导致工件变形和开裂。

适当提高冷却速度，可以细化同素异构转变后的晶粒，从而提高金属的机械性能。

(6)金属铸锭的组织与缺陷

1)铸锭结构

铸锭分为三个各具特征的晶区（图2-2-4-4）：

a 细晶区；b柱状晶区；c等轴晶区

图2-2-4-4铸锭的三个晶区示意图1－细晶区 2－柱状晶区 3－中心等轴晶区

铸锭结构

①细等轴晶区 液体金属注入锭模时，由于锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。同时模壁也能起非自发晶核的作用。结果，在金属的表层形成一层厚度不大、晶粒很细的细晶区。

②柱状晶区 细晶区形成的同时，锭模温度升高，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小， 生核速率降低，但此时长大速度受到的影响较小。结晶时，优先长大方向（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往外垂直模壁的方向）的反方向一致的晶核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区。

③粗等轴晶区 随着柱状晶区的发展，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不断降低，趋于均匀化；散热逐渐失去方向性，所以在某个时候，剩余液体中被推来和漂浮来的、以及从柱状晶上被冲下的二次晶枝的碎块，可能成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成一个粗大的等轴晶区。

2)铸锭的缺陷

在铸锭或铸件中，经常存在一些缺陷，常见的缺陷有缩孔、气孔和夹杂物等。

2、二元合金相图

　　由两种或两种以上的组元按照不同的比例配制成一系列不同成分的合金，就成为合金系，如A1-Si系合金、Al-Cu-Mg系合金等。由 << >>