第2章金属的结品 使结晶时的温度保持不变,因而在冷却曲线上出现了水平阶段,此所对应温度T1为该金属 的开始结晶温度。水平阶段延续的时间就是结晶开始到终了时间。结晶终了时,液体金属 全部变成固态金属。随后,由于没有放出结晶潜热,固态金属温度就按原来冷却速度继续 下降。 图21热分析法装置简图 图22纯金属结晶时冷却曲线示意图 l一电炉2一坩埚3—熔融金属4—一热电偶热端 5一热电偶6—保护管7一热电偶冷端8一检流计 般情况下,冷却曲线上出现的水平阶段,是液体正在结晶的阶段,这时的温度就是 纯金属的实际结晶温度(T)。过冷度的大小用式(2-1)表示 △7=T0-7i (2-1) 式中T——理论结晶温度 T——金属实际结晶温度 △7—过冷度 过冷度与金属的本性和液态金属的冷却速度有关。金属的纯度越高,结晶时的过冷度 越大;同一金属冷却速度越大,则金属开始结晶温度越低,过冷度也越大。总之,金属结 晶必须在一定的过冷度下进行,过冷是金属结晶的必要条件 金属结晶为什么必须在过冷条件下才能进行?这是由结晶时的能量条件决定的,根据 热力学条件,系统的自由能处于最低状态时,系统最稳定。由于液体和固体的结构不同, 是同一物质,它们在不同温度下的自由能变化则不同。如图23所示的液态金属和固态 金属自由能随温度而变化的曲线。液态自 由能曲线变化比固态的要陡,两条曲线必 然相交。曲线中的交点表示在该温度下液 态与固态自由能相等,两者可共存并处于 动态平衡。交点所对应的温度为理论结晶 温度T0,高于T时,液态比固态的自由能 低,金属处于液态不是稳定的;低于T0时, 温度T 由液态转变为固态可使自由能降低,于是 便发生了结晶。因此,液态金属要结晶,图23液态金属和固态金属自由能与温度的关系 必须处于T以下。换句话说,要使液体结晶,就必须产生一定的过冷度,造成液体和固体 间的自由能差ΔF,这个能量差就是促使液体结晶的推动力。液体结晶时就必须建立同液第 2 章 金属的结晶 ·31· ·31· 使结晶时的温度保持不变，因而在冷却曲线上出现了水平阶段，此所对应温度 T1 为该金属 的开始结晶温度。水平阶段延续的时间就是结晶开始到终了时间。结晶终了时，液体金属 全部变成固态金属。随后，由于没有放出结晶潜热，固态金属温度就按原来冷却速度继续 下降。 图 2.1 热分析法装置简图 图 2.2 纯金属结晶时冷却曲线示意图 1—电炉 2—坩埚 3—熔融金属 4—热电偶热端 5—热电偶 6—保护管 7—热电偶冷端 8—检流计 一般情况下，冷却曲线上出现的水平阶段，是液体正在结晶的阶段，这时的温度就是 纯金属的实际结晶温度(T1)。过冷度的大小用式(2-1)表示： Δ T=T0－T1 (2-1) 式中 T0——理论结晶温度； T1——金属实际结晶温度； Δ T——过冷度。 过冷度与金属的本性和液态金属的冷却速度有关。金属的纯度越高，结晶时的过冷度 越大；同一金属冷却速度越大，则金属开始结晶温度越低，过冷度也越大。总之，金属结 晶必须在一定的过冷度下进行，过冷是金属结晶的必要条件。 金属结晶为什么必须在过冷条件下才能进行？这是由结晶时的能量条件决定的，根据 热力学条件，系统的自由能处于最低状态时，系统最稳定。由于液体和固体的结构不同， 虽是同一物质，它们在不同温度下的自由能变化则不同。如图 2.3 所示的液态金属和固态 金属自由能随温度而变化的曲线。液态自 由能曲线变化比固态的要陡，两条曲线必 然相交。曲线中的交点表示在该温度下液 态与固态自由能相等，两者可共存并处于 动态平衡。交点所对应的温度为理论结晶 温度 T0，高于 T0时，液态比固态的自由能 低，金属处于液态不是稳定的；低于 T0 时， 由液态转变为固态可使自由能降低，于是 便发生了结晶。因此，液态金属要结晶， 必须处于 T0 以下。换句话说，要使液体结晶，就必须产生一定的过冷度，造成液体和固体 间的自由能差 Δ F，这个能量差就是促使液体结晶的推动力。液体结晶时就必须建立同液 图 2.3 液态金属和固态金属自由能与温度的关系