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过冷度的概念及其对铸态晶粒的影响
每种金属都存在着一定的平衡结晶温度(用T。表
示)。当液态金属冷却到低于这一温度时,即开始结晶。犹如
水冷却到0℃以下就要
结冰一样。在平衡温度
下,液态金属与晶体处
于平衡状态,这时既不
结晶也不熔化。只有冷
却到低于平衡结晶温
度,才能有效的进行结
晶。因而,实际结晶温
度总是低于平衡结晶温
度的,两者之差称为过
冷度(n),如图1-5
所示。
由图看出,过冷度的大小与冷却速度有关。冷却愈快,过
冷度愈大。用热分析法测定金属的结晶温度时,先将金属熔
化并使其温度尽可能均匀。然后以缓慢的速度冷却,并记录
下温度随时间的变化曲线。当金属开始结晶时,由于放出结晶
潜热,在冷却曲线上出现一水平线(温度不变),这段水平线
所对应的温度即实际结晶温度(用Tn表示)。当散热速度加
快时,实际结晶温度下降,即过冷度增大。
实践证明,过冷度愈大,铸态金属的晶粒也愈细。晶粒
大小是成核率N(成核数目/厘米平方*秒)和生长速率G(厘米/秒)
的函数。成核率愈大,生长
率愈小,则晶粒愈细。如果
过冷度达到一定的数值,成
核率和生长率G反而会下
降,如图1-6所示。这是由
于温度太低时,原子扩散能
力降低,由此而限制了结晶
的速度。工业生产中的金属
及合金,一般不可能达到这
样大的过冷度。只有在某些
盐类的结晶过程中,才能观
察到这种现象。
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