结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

一、实验目的

1．熟悉盐类和金属的结晶过程。

2．了解铸造条件对纯金属铸锭组织的影响。

二、实验原理

熔化状态的金属进行冷却时，当温度降到T m （熔点）时并不立即开始结晶，而是当降到T m以下的某一温度后结晶才开始，这一现象称为过冷。熔点T m与开始结晶的温度T m之差Δ T 称为过冷度。过冷现象表明，金属结晶必须有一定的过冷度，只有具有一定的过冷度下才能为结晶提供相变驱动力。

结晶由两个基本过程所组成，即过冷液体产生细小的结晶核心（形核）以及这些核心的成长（长大）。其中，形核又分为均匀形核和非均匀形核。通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。

由于金属不透明，通常不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。然而通过采用生物显微镜可以直接观察盐溶液的结晶过程。实践证明，对透明盐类结晶过程的研究所得出的许多结论，对于金属的结晶都是适用的。

在玻璃片上摘上一滴接近饱和的氯化铵水溶液，放在生物显微镜下观察其结晶过程。随着液体的蒸发，液体逐渐达到饱和。由于液滴边缘处最薄，将首先达到饱和，放结晶过程首先从边线开始，然后逐渐向里扩展。

结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶体。这是由于液滴外层蒸发最快，在短时间内形成了大量晶核之故。

结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心。这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序是由外向里的，最外层的细小等轴晶中只有少数位向有利的才能向中心生长，而其横向生长则受到了彼此间的限制，因而形成了比较粗大、带有方向性的柱状晶体。

结晶的第三阶段是在液滴中心部分形成不同位向的等轴晶体。这是由于液滴的中心此时也变得较薄,蒸发也较快,同时液体的补充也不足的缘故。这时可以看到明显的等轴晶体。

图4-1示出了氯化铵水溶液结晶过程的一组照片，其中( a )、( b )为在液滴边缘形成的细小等轴晶体和正在生长的柱状晶体,( c )为在液滴中心部分形成的位向不同的等轴枝晶。

利用化学中的取代反应，可以看到置换出来的金属以枝晶形式进行生长的过程。例如，在硝酸银水溶液中放入一小段细铜丝，铜将发生溶解，而银则以枝晶形态沉积出来，其反应式为：

Cu+2AgNO3 =2Ag+Cu(NO3 ) 2

又如，在硝酸铅水溶液中放入一小块锌。铅会以枝晶形态沉积出来，其反应式为：

Zn+Pb(NO3)2 =Pb+Zn(NO3)2

图4-1 氯化铵溶液的结晶过程60 ×

如果用生物显微镜进行观察，就可看到银（或铅）枝晶的生长过程。图2-2 为银晶体生长过程的一组照片，其中（ a ）、（ b ）为明场照明，（ c ）为暗场照明。

需要说明的是，氯化铵水溶液的结晶是依靠水分的蒸发使溶液过饱和而结晶，银晶体是化学反应中被取代出来的金属进行沉积而得到的，而金属的结晶则是液态金属在冷却过程中在一定过冷度下发生的。虽然它们存在上述差别，但我们可以从实验中看到晶体生长的共同特点，即晶体通常是以枝晶形式生长的。

典型金属在结晶过程中具有粗糙的微观固-液界面，当界面前沿的液体具有负温度梯度时，由于界面变得不稳定，晶体将以枝晶形态生长。若金属纯度不高，即使在正温度梯度下也可以枝晶形态进行生长，因为这时的“纯”金属实质上是溶质原子溶于其中的合金了，它将服从固溶体的结晶规律。固溶体的结晶，即使在正温度梯度下也可以枝晶形态生长。因此纯金属的结晶通常都是以枝晶形态生长。

图4-2 由取代反应沉淀积出来的银晶体的生长过程60 ×

图4-3 工业纯铝表面的枝晶组织 3 ×

虽然金属通常以枝晶形态生长，但只要液态金属始终能充满枝晶间的空隙，那么在金属铸锭内部只能看到外形不规则的晶粒，而看不到枝晶。然而铸锭表面，特别是缩孔处，由于缺少液态金属的补充往往可以看到枝晶组织。图4-3为在工业纯铝铸锭表面缩孔处看到的枝晶组织。

由于金属不透明，故不能从外部直接观察铸锭内部的组织。但可将铸锭沿纵向或横向剖开，经过磨制和腐蚀，把内部组织显示出来，从而可用肉眼或低倍放大镜观察其内部组织，如晶粒大小、形状及分布等。这种组织称为铸锭的粗视组织。

典型的铸锭组织可分为三个区域：靠近模壁的细晶区（激冷等轴晶区）、由细晶区向铸锭中心生长的柱晶区以及铸锭中心的等轴晶区。在实际情况下，由于铸造条件不同，三个晶区发展的程度也往往不同，在某些情况下，可能只有两个晶区，有时甚至只有一个晶区。

影响铸锭组织的因素很多，如浇铸温度、铸模材料、铸模壁厚、铸模温度、铸锭大小以及是否加晶粒细化剂等。

采用金属模及增加其模壁厚度，可使液态金属获得较大的冷却速率，造成较大的内外温差，将有利于柱状晶区的发展。有些情况下，在中心区域尚未形核时柱状晶就发展到铸锭中心，从而就没有中心等轴晶形成。

浇铸温度越高，内外温差就越大，冷凝所需时间就越长，从而使柱状晶有充分的时间和机会得到发展。

加入一定的晶粒细化剂，可促进非均匀形核，提高形核率，在其它条件相同的情况下有利于得到细小的等轴晶粒。但如果液态金属过热程度太大，将使非自发核心数目减少，易得到较粗大的柱状晶。

机械震动、磁场搅拌、超声波处理等，可促进形核，减弱柱状晶的发展。

图4-4 为不同铸造条件下工业纯铝的铸锭组织。由图4-4 可以清楚地看出铸模材料和加入晶粒细化剂对金属铸锭组织的影响。

图4-4 工业纯铝的铸锭组织

（浇注温高750 ℃铸模壁原25mm ，铸锭尺寸直径50mm ，长100mm ）

三、实验用设备和材料

1 ．生物显微镜，氯化铵，硝酸银，硝酸铅，蒸馏水，细铜丝，小锌块，小烧杯，玻璃片，玻璃棒及摄子等。

2 ．实体显微镜（或放大镜），表面或缩孔处有枝晶组织的金属铸锭。

3 ．不同铸造条件下工业纯铝铸锭的粗视组织样品一套。

四、实验内容与步骤

1 ．用生物显微镜观察氯化铵饱和溶液的结晶过程。用玻璃棒引一小滴已配好的氯化铵水溶液到玻璃片上，再将玻璃片放在生物显微镜的试样台上进行观察。要注意所引液滴不可太大，否则蒸发太慢不易结晶。另外还要注意清洁，不要让外来物质落入液滴而影响结晶过程。在使用显微镜时，应注意防止液滴流到试样台或显微镜的其它部位，尤其不能让液滴碰到物镜。

2 ．用玻璃棒引一滴硝酸银水溶液（稀溶液）到玻璃片上，然后将玻璃片放到生物显微镜的试样台上。对清物象后，用摄于将一小段洁净的细铜丝放在液滴中，随即观察银晶体的生长过程。根据同一原理，也可用一小块锌放在硝酸铅的稀溶液中，通过生物显微镜观察铅晶体的生长过程。

3 ．用实体显微镜（或放大镜）观察金属铸锭表面收缩处的枝晶组织。

4 ．观察纯铝铸锭的粗视组织，分析铸造条件对铸锭组织的影响。

表4-1 绘出了工业纯铝铸锭的铸造条件。根据具体情况，也可采用其它铸造条件。例如，除了铸模材料和晶粒细化剂的影响外，还可改变浇铸温度、铸模温度及模壁厚度等。

表4-1 工业纯铝铸锭的铸造条件

编号 1 2 3 4 5 6

材料工业纯铝工业纯铝+0.05%Ti

模壁材料耐火砖黄铜耐火砖黄铜黄铜耐火砖

模底材料黄铜黄铜耐火砖耐火砖黄铜耐火砖

五、实验报告要求

1 ．画出实验中观察到的氯化铵的结晶组织和银晶体的沉积组织，并作简要分析。

2 ．画出不同铸造条件下工业纯铝铸锭的粗视组织，注明铸造条件，并进行分析与对比。

电镀的结晶过程

电镀的结晶过程 电镀过程实质上是金属的电结晶过程。大致分为以下几个步骤： 1)水化的金屑离子向阴极扩散和迁移 2)水化膜变形； 3)金属离子从水化膜中分离出来； 4)金属离子被吸附和迁移到阴极上的活性部分； 5)金属离子还原成金属原于，并排列组成一定晶格的金属晶体。 在形成金属晶体的同时进行着结晶核心的生成和成长过程，这两个过程的速度决定了金属结晶的粗细程度。在电镀过程中当晶核的生成速度大于晶核的成长速度时，就能获得结晶细致、排列紧密的镀层。晶核的生成速度大于晶核成长速度的程度越大，镀层结晶越细致、紧密；否则，结晶粗大。 结晶组织较细的镀层，其防护性能和外观质量都较理想，实践证明：提高金属电结晶时的阴极极化作用，可以提高晶核的生成速度，便于获得结晶细致紧密的镀层。但阴极极化作用不是越大越好，当阴极极化作用超过一定范围时，会导致氢气的大量析出，从而使镀层变得多孔、粗糙、疏松、烧焦，甚至呈粉末状，质量反而下降。 影响电镀层结晶粗细的主要因素 1)主盐特性在电镀中把含镀层金属的盐称做主盐，例如硫酸盐镀锌溶液中的硫酸锌即为主盐。 一般来讲，如果主盐是简单的盐，其电镀溶液的阴极极化作用很小，极化数值只有几十毫伏，因此镀层结晶晶粒较粗，例如硫酸盐镀锌、硫酸盐镀铜等由于电镀溶液阴极极化作用很小，故镀层结晶晶粒较粗，其外观质量及防护性能较差。

如果主盐是络盐，由于络离子在溶液中的离解能力较小，络合作用使金属离子在阴极上的还原过程变得困难，从而提高了阴极的极化作用，因此镀层的结晶晶粒较细。例如氨三乙酸—氯化铵型镀锌溶液中使用了络合能力较强的络合剂氨三乙酸，它和锌离子形成的络离于大大提高阴极极化作用，极化数值可达到250mV,因此获得的镀锌层比硫酸盐镀锌获得的镀层较为细致、紧密。 2)主盐浓度 在其它条件(如阴极电流密度和温度等)不变的情况下，随着主盐浓度的增大，阴极极化下降,结晶核心的生成速度变慢，所得镀层的结晶晶粒变粗。稀溶液的阴极极化作用虽比浓溶液大，但其导电性能较差，不能采用大的阴极电流密度，同时阴极电流效率也较低，所以不能利用这个因素来改善镀层结晶的细致程度。 3)附加盐 在电镀溶液中除了含主盐外，往往还要加入某些碱金属或碱土金属的盐类,这种附加盐的主要作用是提高电镀溶液的导电性能，有时还能提高阴极极化作用。例如以硫酸镍为主盐的镀镍溶液中加入硫酸钠和硫酸镁，既可提高导电性能，又能增大阴极极化作用(增大极化数值约100mV左右)，使镀镍层的结晶晶粒更为细致、紧密。 4)添加剂 为了改善电镀溶液的性能和镀层质量，往往在电镀溶液中加入少量的某些有机物质的添加剂.例如阿拉伯树胶，糊精、聚乙二醇、硫脲、千千加、丁炔二醇，糖精及动物胶等。添加剂能吸附在阴极表面或与金属离子构成“胶体—金属离子型”络合物，从而大大提高金属离子在阴极还原时的极化作用，使镀层细致、均匀、平整、光亮。例如在铵盐镀锌溶液、柠檬酸盐镀锌溶液、氨三乙酸镀锌溶液中加入1～2g／L聚乙二醇和1～2 g／L.硫脲分别可以增加极化数值为70一100mV，100～200mV和200mV以上，都能使镀层结晶晶粒变细。必须注意有机添加剂是有选择性的，不可乱用，以免造成不良后果。

实验五结晶过程的观察

实验五结晶过程的观察 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】

实验五结晶过程的观察 一、实验目的 1．观察透明盐类的结晶过程及其晶体组织特征。为理解、掌握金属的结晶理论建立感性认识。 2．观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 二、实验设备及材料 1．带CCD的生物显微镜；2．投影仪；3. 接近饱和的氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）；4．干净玻璃片、吸管；5．电炉或电吹风；6．有枝晶组织的金相照片；7．有枝晶的金属铸件实物。 三、实验原理 晶体物质由液态凝固为固态的过程称结晶。结晶过程亦为原子呈规则排列的过程，包括形核和核长大两个基本过程。 由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类亦是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。

图5－1 结晶过程三个阶段形成的三个区域 a) 最外层的等轴细晶粒区(100×) b)次层粗大柱状晶区(100×) c)中心杂乱的树枝状晶区(100×) 在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵（NH4Cl）或硝酸铅[Pb(NO3)2]水溶液，随着水分蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，继而开始结晶。我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶（如图5-la 所示），接着形成较粗大的柱状晶（如图5-1b所示）。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶。第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶间有许多空隙（如图5-1c 所示）。这是因液滴已越来越

金属结晶的现象

第四讲金属结晶的现象及条件 第一节金属结晶的现象 一、主要内容： 金属结晶的宏观现象 金属结晶的微观现象 二、要点： 金属结晶的热分析曲线，热分析法，过冷现象，过冷度，结晶潜热，金属结晶的热分析曲线分析，金属结晶的微观过程分析，形核，晶核长大。 三、方法说明： 首先介绍热分析法，说明热分析曲线，介绍金属的热分析曲线的特征，说明过冷现象，过冷度，结晶潜热，金属结晶的微观现象，可举例说明晶核的形成和长大的过程，如窗花，盐，冰，植物等增加学生的感性认识和对形核、长大的理解。 授课内容： 物质从液态冷却转变为固态的过程称为凝固。 凝固后的物质可以是晶体，也可以是非晶体。若凝固后的物质为晶体，则这种凝固称为结晶。 一、金属结晶过程中的宏观现象 热分析法：将纯金属放入坩埚中加热熔化成液态，然后插入热电偶测量温度，让液态金属缓慢而均匀的冷却，用X－Y记录仪将冷却过程中的温度与时间记录下来，获得冷却曲线，这种实验方法叫热分析法。如图 图1 热分析实验装置示意图图2 纯金属的冷却曲线 2、热分析曲线：纯金属的冷却曲线，即温度随时间的变化曲线。 3、过冷现象：金属的实际开始凝固温度Tn总是低于理论凝固温度Tm的现象。 4、过冷度：理论凝固温度与实际开始凝固温度之差,即Δ T＝Tm-Tn。 结晶潜热：金属熔化时从固态转变为液态需要吸收热量，而结晶时从液态转化为固态要放出热量，前者叫熔化潜热，后者叫结晶潜热。 二、金属结晶的微观过程 金属的结晶是一个晶核的形成和晶核的长大过程。

第二节金属结晶的热力学条件 第三节金属结晶的结构条件 一、主要内容： 金属结晶的驱动力和热力学条件 结构起伏的概念 二、要点： 热力学第二定律，物质系统，自发过程，熵的概念， 金属结晶过程液固两相自由能之差的推导， 液相、固相自由能随温度变化示意图 晶胚，晶核，近程有序，远程有序，液态金属的结构，液态金属中不同尺寸结构起伏出现的几率，最大结构起伏尺寸与过冷度的关系 三、方法说明： 熵，物质系统，自发过程等概念较抽象，打比方形象的说明有利于学生的理解。 用液态金属的宏观特性解释液态金属的微观结构，解释金属结晶的微观过程，讲清晶胚，晶核等概念及影响因素，说明金属结晶的结构条件 授课内容： 第二节金属结晶的热力学条件 热力学第二定律：在等温等压下，过程自发进行的方向是体系自由能降低的方向。自由能G 用下式表示： G=H-TS， 式中，H是焓；T是绝对温度；S是熵，可推导得 dG＝ Vdp－ SdT。 在等压时，dp=0，故上式简化为： dG＝－ SdT。 由于熵恒为正值，所以自由能是随温度增高而减小。 图3 自由能随温度变化的示意图

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析 一、实验目的 1．熟悉盐类和金属的结晶过程。 2．了解铸造条件对纯金属铸锭组织的影响。 二、实验原理 熔化状态的金属进行冷却时，当温度降到T m （熔点）时并不立即开始结晶，而是当降到T m以下的某一温度后结晶才开始，这一现象称为过冷。熔点T m与开始结晶的温度T m之差Δ T 称为过冷度。过冷现象表明，金属结晶必须有一定的过冷度，只有具有一定的过冷度下才能为结晶提供相变驱动力。 结晶由两个基本过程所组成，即过冷液体产生细小的结晶核心（形核）以及这些核心的成长（长大）。其中，形核又分为均匀形核和非均匀形核。通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。 由于金属不透明，通常不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。然而通过采用生物显微镜可以直接观察盐溶液的结晶过程。实践证明，对透明盐类结晶过程的研究所得出的许多结论，对于金属的结晶都是适用的。 在玻璃片上摘上一滴接近饱和的氯化铵水溶液，放在生物显微镜下观察其结晶过程。随着液体的蒸发，液体逐渐达到饱和。由于液滴边缘处最薄，将首先达到饱和，放结晶过程首先从边线开始，然后逐渐向里扩展。 结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶体。这是由于液滴外层蒸发最快，在短时间内形成了大量晶核之故。 结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心。这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序是由外向里的，最外层的细小等轴晶中只有少数位向有利的才能向中心生长，而其横向生长则受到了彼此间的限制，因而形成了比较粗大、带有方向性的柱状晶体。 结晶的第三阶段是在液滴中心部分形成不同位向的等轴晶体。这是由于液滴的中心此时也变得较薄,蒸发也较快,同时液体的补充也不足的缘故。这时可以看到明显的等轴晶体。 图4-1示出了氯化铵水溶液结晶过程的一组照片，其中( a )、( b )为在液滴边缘形成的细小等轴晶体和正在生长的柱状晶体,( c )为在液滴中心部分形成的位向不同的等轴枝晶。 利用化学中的取代反应，可以看到置换出来的金属以枝晶形式进行生长的过程。例如，在硝酸银水溶液中放入一小段细铜丝，铜将发生溶解，而银则以枝晶形态沉积出来，其反应式为：

第二章 纯金属的结晶

第二章纯金属的结晶 (一) 填空题 1．金属结晶两个密切联系的基本过程是和 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为。 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 4．铸锭和铸件的区别是。 铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。 5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是 6．金属冷却时的结晶过程是一个热过程。 7．液态金属的结构特点为。 8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的，薄铸件的晶粒比厚铸件。 9．过冷度是。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越。 (二) 判断题 1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。 2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。( ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( ) 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。( ) 6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。 7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。 9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。 11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。 14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀 形核的结果。( ) 15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。( ) (三) 选择题 1 液态金属结晶的基本过程是 A．边形核边长大B．先形核后长大 C．自发形核和非自发形核D．枝晶生长 2．液态金属结晶时，越大，结晶后金属的晶粒越细小。 A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则 A．N增大、G减少，所以晶粒细小B．N增大、G增大，所以晶粒细小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大D．N减少、G减少，所以晶粒细小 4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。 A．越高 B 越低C．越接近理论结晶温度D．没有变化 5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度A．更高B．更低C；相等D．高低波动 T0为金属的晶体与液体平衡共存的温度，称为理论结晶温度。显然，在这一温度时，金属的结晶速度与熔化速度相等，所以只有进一步冷却，使金属的实际结晶温度Tn低于，T。时，结晶才能进行。结晶时Tn低于T0的现象称为过冷。纯金属的冷却曲线出现一个水

实验五 结晶过程的观察

实验五结晶过程的观察 一、实验目的 1．观察透明盐类的结晶过程及其晶体组织特征。为理解、掌握金属的结晶理论建立感性认识。 2．观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 二、实验设备及材料 1．带CCD的生物显微镜；2．投影仪；3. 接近饱和的氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）；4．干净玻璃片、吸管；5．电炉或电吹风；6．有枝晶组织的金相照片；7．有枝晶的金属铸件实物。 三、实验原理 晶体物质由液态凝固为固态的过程称结晶。结晶过程亦为原子呈规则排列的过程，包括形核和核长大两个基本过程。 由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类亦是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。

图5－1 结晶过程三个阶段形成的三个区域 a) 最外层的等轴细晶粒区(100×) b)次层粗大柱状晶区(100×) c)中心杂乱的树枝状晶区(100×) 在玻璃片上滴一滴接近饱和的氯化铵（NH4Cl）或硝酸铅[Pb(NO3)2]水溶液，随着水分蒸发，溶液逐渐变浓而达到饱和，继而开始结晶。我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶（如图5-la 所示），接着形成较粗大的柱状晶（如图5-1b所示）。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶。第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶间有许多空隙（如图5-1c 所示）。这是因液滴已越来越薄，蒸发较快，晶核亦易形成，然而由于已无充足的溶液补充，结晶出的晶体填不满枝晶间的空隙，从而能观察到明显的枝晶。 实际金属结晶时，一般均按树枝状方式长大（如图5-2 所示）。但若冷速小，液态金属的补给充分，则显示不出枝晶，故在纯金属铸锭内部是看不到枝晶的，只能看到外形不规则的等轴晶粒。但若冷速大，液态金属势必补缩不足而在枝晶间留下空隙，其宏观组织就可明显地观察到树枝状晶。某些金属如锑铸锭表面，即能清楚地看到枝晶组织，如图5-3 所示。若金属在结晶过程中产生了枝晶偏析，由于枝干和枝间成分不同，其金相试样浸蚀时，浸蚀程度亦不同，枝晶特征即能 显示出来，见图5-4。

盐类结晶实验报告-结晶与晶体生长形态观察

盐类结晶实验报告 一、实验名称： 盐类结晶与晶体生长形态观察 二、实验目的： 1.通过观察盐类的结晶过程，掌握晶体结晶的基本规律及特点。为理解金属的结晶理论建立感性认识。 2.熟悉晶体生长形态及不同结晶条件对晶粒大小的影响。观察具有枝晶组织的金相照片及其有枝晶特征的铸件或铸锭表面，建立金属晶体以树枝状形态成长的直观概念。 3.掌握冷却速度与过冷度的关系。 三、实验原理概述： 金属及其合金的结晶是在液态冷却的过程中进行的，需要有一定的过冷度，才能开始结晶。而金属和合金的成分、液相中的温度梯度和凝固速度是影响成分过冷的主要因素。晶体的生长形态与成分过冷区的大小密切相关，在成分过冷区较窄时形成胞状晶，而成分过冷区较大时，则形成树枝晶。由于液态金属的结晶过程难以直接观察，而盐类亦是晶体物质，其溶液的结晶过程和金属很相似，区别仅在于盐类是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱和而结晶，金属则主要依靠过冷，故完全可通过观察透明盐类溶液的结晶过程来了解金属的结晶过程。 在玻璃片上滴一滴接近饱和的热氯化氨（NH4CI）或硝酸铅[Pb(NO3)2]水溶液，随着水分蒸发，温度降低，溶液逐渐变浓而达到饱和，继而开始结晶。我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核，故产生大量晶核而先形成一圈细小的等轴晶（如图1所示），接着形成较粗大的柱状晶（如图2所示）。因液滴的饱和程序是由外向里，故位向利于生长的等轴晶得以继续长大，形成伸向中心的柱状晶。第三阶段是在液滴中心形成杂乱的树枝状晶，且枝晶间有许多空隙（如图3所示）。这是因液滴已越来越薄，蒸发较快，晶核亦易形成，然而由于已无充足的溶液补充，结晶出的晶体填布满枝晶间的空隙，从而能观察到明显的枝晶。 四、材料与设备： 1）配置好的质量分数为25%~30%氯化铵水溶液。 2）玻璃片、量筒、培养皿、玻璃棒、小烧杯、氯化铵、冰块。 3）磁力搅拌器、温度计。 4）生物显微镜。 五、实验步骤： 1.将质量分数为25%~30%氯化铵水溶液，加热到80~90℃，观察在下列条件下的结晶过程及晶体生长形态。 1)将溶液倒入培养皿中空冷结晶。 2)将溶液滴在玻璃片上，在生物显微镜下空冷结晶。 3)将溶液滴入试管中空冷结晶。 4)在培养皿中撒入少许氢化氨粉末并空冷结晶。 5)将培养皿、试管置于冰块上结晶。 2.比较不同条件下对氯化铵水溶液空冷结晶组织的影响： 氯化钠溶液在玻璃皿中空冷时由于玻璃皿边缘与中心的介质不同，造成氯化钠溶液洁净的不均匀，从而造成晶粒的大小不同；另外撒入少量的氯化铵粉末后粉末在促进结晶的同时也成为氯化铵的成长中心，析出的氯化铵依附在撒入的粉末上成长，即撒入的粉末有引导结晶的作用，实际的形态和撒入的量、分布有关。

实验五 结晶过程的观察

实验五结晶过程得观察 一、实验目得 1．观察透明盐类得结晶过程及其晶体组织特征。为理解、掌握金属得结晶理论建立感性认识。 2．观察具有枝晶组织得金相照片及其有枝晶特征得铸件或铸锭表面,建立金属晶体以树枝状形态成长得直观概念。 二、实验设备及材料 1。带CCＤ得生物显微镜；2．投影仪;3、接近饱与得氯化铵或硝酸铅水溶液（由实验室预先配制好）;4.干净玻璃片、吸管；5。电炉或电吹风;6。有枝晶组织得金相照片;7.有枝晶得金属铸件实物. 三、实验原理 晶体物质由液态凝固为固态得过程称结晶.结晶过程亦为原子呈规则排列得过程，包括形核与核长大两个基本过程。 由于液态金属得结晶过程难以直接观察,而盐类亦就是晶体物质，其溶液得结晶过程与金属很相似，区别仅在于盐类就是在室温下依靠溶剂蒸发使溶液过饱与而结晶,金属则主要依靠过冷,故完全可通过观察透明盐类溶液得结晶过程来了解金属得结晶过程.

图5－１结晶过程三个阶段形成得三个区域 a) 最外层得等轴细晶粒区（1０0×) b）次层粗大柱状晶区(1０0×)c)中心杂乱得树枝状晶区(１00×） 在玻璃片上滴一滴接近饱与得氯化铵(NH4Cl)或硝酸铅[Pb（NＯ3)2］水溶液,随着水分蒸发,溶液逐渐变浓而达到饱与，继而开始结晶.我们可观察到其结晶大致可分为三个阶段：第一阶段开始于液滴边缘，因该处最薄，蒸发最快，易于形核,故产生大量晶核而先形成一圈细小得等轴晶(如图5-la所示）,接着形成较粗大得柱状晶（如图5—１b所示).因液滴得饱与程序就是由外向里，故位向利于生长得等轴晶得以继续长大，形成伸向中心得柱状晶。第三阶段就是在液滴中心形成杂乱得树枝状晶,且枝晶间有许多空隙(如图5-1c 所示)。这就是因液滴已越来越薄，蒸发较快,晶核亦易形成，然而由于已无充足得溶液补充，结晶出得晶体填不满枝晶间得空隙,从而能观察到明显得枝晶. 实际金属结晶时,一般均按树枝状方式长大（如图5-2 所示）。但若冷速小,液态金属得补给充分，则显示不出枝晶,故在纯金属铸锭内部就是瞧不到枝晶得，只能瞧到外形不规则得等轴晶粒。但若冷速大，液态金属势必补缩不足而在枝晶间留下空隙，其宏观组织就可明显地观察到树枝状晶。某些金属如锑铸锭表面，即能清楚地瞧到枝晶组织,如图5-3 所示。若金属在结晶过程中产生了枝晶偏析,由于枝干与枝间成分不同，其金相试样浸蚀时，浸蚀程度亦不同,枝晶特征即能显示出来，见图５—４。

第二章纯金属结晶作业答案

第二章纯金属结晶作业答 案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

第二章纯金属的结晶 (一) 填空题 1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大。 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为结晶，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为相变。 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是增加非均质形核的形核率 来细化晶粒 4．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是控制过冷度、加入结构类 型相同的形核剂、振动、搅动 5．金属冷却时的结晶过程是一个放热过程。 6．液态金属的结构特点为长程无序，短程有序。 7．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细小，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的粗大，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细小，薄铸件的晶粒比厚铸件细小。 8．过冷度是金属相变过程中冷却到相变点以下某个温度后发生转变，即平衡 相变温度与该实际转变温度之差。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细小。 9、固态相变的驱动力是新、旧两相间的自由能差。 10、金属结晶的热力学条件为金属液必须过冷。 11、金属结晶的结构条件为在过冷金属液中具有尺寸较大的相起伏，即晶 坯。 12、铸锭的宏观组织包括外表面细晶区、中间等轴晶区和心部等轴晶区。 (二) 判断题 1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。 ( × ) 2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。 ( × ) 3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。( √ ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的 过程。( √ ) 5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。( × ) P41+7 6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。 ( √ ) P53 图2-33 7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。( √ ) P53-12 8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。( √ ) 9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细(√ ) 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。( × ) 11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。( √ ) 12. 金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。 ( √ )

纯金属的凝固习题与答案

纯金属的凝固习题与答案 1 说明下列基本概念 凝固、结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、生长线速度、光滑界面、粗糙界面、动态过冷度、柱状晶、等轴晶、树枝状晶、单晶、非晶态、微晶、液晶。 2 当球状晶核在液相中形成时，系统自由能的变化为σππ2 3344r G r G V +?=?， (1)求临界晶核半径c r ；(2)证明V V c c G A G c ?- ==?2 31 σ(c V 为临界晶核体积)；(3)说明上式的物理 意义。 3 试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。 4 何谓动态过冷度?说明动态过冷度与晶体生长的关系。在单晶制备时控制动态过冷度的意义？ 5 分析在负温度梯度下，液态金属结晶出树枝晶的过程。 6 在同样的负温度梯下，为什么Pb 结晶出树枝状晶而Si 的结晶界面却是平整的? 7 实际生产中怎样控制铸件的晶粒大小?试举例说明。 8 何谓非晶态金属?简述几种制备非晶态金属的方法。非晶态金属与晶态金属的结构和性能有什么不同。 9 何谓急冷凝固技术?在急冷条件下会得到哪些不同于一般晶体的组织、结构?能获得何种新材料? . 计算当压力增加到500×105 Pa 时锡的熔点的变化，已知在105 Pa 下,锡的熔点为505K ，熔化热7196J/mol ，摩尔质量为× 10-3 kg/mol ，固体锡的体积质量×103 kg/m 3 ，熔化时的体积变化为+%。 2. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和200℃，计算： (a)临界晶核尺寸；(b)半径为r*的团簇个数； (c)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv ； (d)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv 。 铝的熔点T m =993K ，单位体积熔化热ΔH f =×109 J/m 3 ，固液界面自由能γsc =93J/m 2 ，原子体积V 0=×10-29 m 3 。 3. (a)已知液态纯镍在×105 Pa(1个大气压)，过冷度为319℃时发生均匀形核。设临界晶核半径为1nm ，纯镍的熔点为

第六章 液态金属结晶的基本原理

第六章 液态金属结晶的基本原理 1、怎么从相变理论理解液态金属结晶过程中的生核、成长机理？ 答：相变理论：相变时必须具备热力学和动力学条件。 金属结晶属一种相变过程： 热力学条件即过冷度T ?——驱动力V G ? 动力学条件：克服能障 热力学能障——界面自由能——形核 动力学能障——激活自由能A G ?——长大 若在体系内大范围进行，则需极大能量，所以靠起伏，先生核——主要克服热力学能障，然后出现最小限度的过渡区“界面”，此界面逐渐向液相内推移——长大（主要克服动力学能障）。 2、试述均质生核与非均质生核之间的区别与联系，并分别从临界晶核曲率半径、 生核功两个方面阐述外来衬底的湿润能力对临界生核过冷度的影响。要满足纯金属非均质生核的热力学要求，液态金属必须具备哪两个基本条件？ 答：（1）T L T G r r LC V LC ?=?==0 * *22σσ非均 相等 但334r V π=均 ()θπf r V 3 34=非 ()4c o s c o s 323θθθ+-=f ∴ 非均质生核所需体积小，即相起伏时的原子数少。 （2）2203 *316T L T G LC ??=?πσ均 ()θf G G * *均非 ?=? 两种均需能量起伏克服生核功，但非均质生核能需较小。 （3）右图看出 ↑?↑→* 非 T θ ()↓?↓→↓→T V f 非θ 即：对*r ：θ与* 非T ?的影响. （4）生核功： ()θπσf T L T G LC 2203 *316??=?非 ()↓?↓→↓→?↓→T * 能量起伏非 G f θ

（5）纯金属非均质生核的热力学条件： V LC G r ?=σ2* 非 ()θπσf T L T G LC 2203* 316??=?非 液态金属需具备条件（1）液态金属需过冷 (2)衬底存在。 3、物质的熔点就是固、液两相平衡存在的温度、试从这个观点出发阐述式（4—3） 中* r 与T ?之间关系的物理意义。 答：式4—3 T L T G r LC V LC ?=?=0 *22σσ均 当 0T T =时， 两相平衡； 当0T T <时，趋于固相：即固相教液相稳定； 式中看出 ↓↑→?* 均 r T 。 ↑?T 即↓T ,此时固相更稳定，更易于发生相变，就以较小的* 均r 即可稳定存在。 4、液态金属生核率曲线特点是什么？在实际的非均质生核过程中这个特点又有何变化? 答：实际非均质生核率受衬底面积大小的影响，当衬底面积全部充满后，生核率曲线中断， 即不再有非均质生核。 相变、生核、成长中的热力学及动力学： （1）相变： 热力学条件：T ? ，可以提供相变驱动力V G ?。 动力学条件：克服热力学能障和动力学能障。 （2）生核： 克服能障：热力学（界面自由能）、动力学A G ?（作用小，对生核率影响小） （3）生长： 热力学能障：()KTi A G F V ln ->?——取决于F A （处于过冷状态，且相变驱动力克服 此能障） 动力学能障：A G ? 5、从原子尺度看，决定固—液面微观结构的条件是什么？各种界面结构与其生长机理和生长 速度之间有何联系？它们的生长表面和生长防线各有什么特点？ 答：（1） 热力学因素：?? ? ????? ???≈??? ??= v R S v n kT L a m η00

1.2 纯金属的结晶

《金属材料与热处理》导学案主备人：栾义审核人：栾义编号：003 §1-2 纯金属的结晶 【使用说明】 1、依据学习目标，全体同学积极主动的根据教材内容认真预习并完 成导学案，小组长做好监督与检查，确保每位同学都能认真及时的预习相关知识。 2、结合导学案中的问题提示，认真研读教材，回答相关问题。 3、要求每位同学认真预习、研读课本，找出不明白的问题，用红笔 做好标记。 【学习目标】 1、知识与技能：了解纯金属的结晶过程，掌握晶粒大小对金属材料 性能的影响和纯铁的同素异构转变。 2、学习与方法：通过研读课本，积极讨论，踊跃展示，理解纯金属 的结晶过程规律与金属材料的性能之间的密切关系。 3、情感态度价值观：激情投入，大胆质疑，快乐学习。 【重点难点】 纯金属的结晶过程 纯铁的冷却曲线 【自主学习】

班级：姓名：使用时间：年月日结晶过程重要级别：★★★★ 冷却曲线重要级别：★★★★★ 细化晶粒重要级别：★★★★ 同素异构转变重要级别：★★★★★ 【合作探究】 1、什么是结晶、结晶潜热？ 2、什么是过冷度？其大小与什么有关？ 3、什么是同素异构转变？具有同素异构转变的金属有哪些？ 4、纯金属结晶时，其冷却曲线为何有一段水平线？结晶由哪两个基本过程组成（结晶的普遍规律）？ 5、晶粒大小对金属材料性能有什么影响？分析影响晶粒大小的因素

《金属材料与热处理》导学案主备人：栾义审核人：栾义编号：003 有哪些？铸件在浇铸过程中是如何细化晶粒的？ 6、金属的同素异构转变与液态金属的结晶相比有哪些异同点？ 7、分析纯铁的冷却曲线，有哪几条特殊恒温线？钢铁能够进行热处理的重要依据是什么？ 【课后作业】(自己默写，组长监督) 1、理解掌握本导学案内容，并完成习题册第一章第二节相关题目。【学后反思】

纯金属的结晶

A 、课题：纯金属的结晶 B 、课型：新授课 C 、教具： D 、备课时间：10.10 E 、使用时间：10.19 F 、教学目标： ?? ???及方法。、掌握细化晶粒的途径性能的影响。、掌握晶粒大小对力学 冷度。、掌握金属的结晶、过 321 G 、重难点：金属的结晶及晶粒大小对力学性能的影响。 突破方法：仔细研究书中表2-2，从中总结。 H 、教学方法：讲授法 学法指导：认真听讲，仔细研究书中表2-2，总结规律，帮助理解。 I 、自主探究：观察结冰过程，理解金属的结晶。 教学过程及内容： <一>组织教学：安顿秩序、查点人数 <二>复习提问及导入： ???？、晶格的类型有那几种、什么是晶格、晶胞？ 21 <三>讲授新课： 1、金属的结晶： 金属由原子不规则排列的液体转变为原子规则排列的固体的过程。

纯金属的结晶是通过热分析法研究的。 上图为纯金属的冷却曲线，ab 阶段为结晶阶段，由于结晶时释放出的结晶潜热补偿了金属散失在空气中的热量，故温度不随时间的延长而下降。 2、过冷现象、过冷度： 实际结晶温度总是低于理论结晶温度的现象称为过冷现象。 理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。 △T=T 0-T 1 过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度越快，金属的实际结晶 温度越低，过冷度越大。 3、纯金属的结晶过程： 由晶核的形成及晶核的长大两个过程组成。 4、晶粒：外形不规则而内部原子排列规则的小晶体。 5、金属结晶后，得到???（伪各向同性）。多晶体：性能各向同性。单晶体：性能各向异性 6、晶粒大小对力学性能的影响： 晶粒越细，金属的力学性能越好。

7、细化晶粒的方法有：?? ???、振动处理、变质处理、增加过冷度 321 <四>学生看书、练习： 1、金属晶粒的大小，取决于结晶时的___________ 和___________ 2、结晶过程中，细化晶粒的措施有___________ 、___________和 ___________ 。 3、细化晶粒能使金属的力学性能___________ 4、结晶时每个晶粒的形成都有一个___________ 和___________ 的过程。 5、金属结晶的必要条件是有一定的___________ 6、金属的结晶是指由原子________排列的________转变为原子 ________排列的________过程。 7、________与________之差称为过冷度。过冷度的大小与________ 有关，________越快，金属的实际结晶温度越________，过冷度就越大。 8、金属的结晶过程是由________和________两个基本过程组成的。 9、过冷度的大小与_____ 有关。 A 。加热温度 B 。冷却速度 C 。理论结晶温度 D 。保温时间 10、一般说，晶粒越细小，金属材料的力学性能越好（ ） 11、金属结晶时，过冷度越小，结晶时晶粒越粗（ ） 12、变质处理可视为往金属液体中加入人工晶核。（ ）

1.2纯金属的结晶

纯金属的结晶 一、填空题 1.金属的结晶是指由原子排列转变为原子 排列的过程。 2.金属的结晶过程是由和两个基本过程组成的。 3.细化晶粒的根本途径是提高并控制。 4.常用的细化晶体颗粒的方法有、和三种。 5. 结晶温度和结晶温度之间存在的温度差称为用 表示。 6.金属结晶时，过冷度的大小与有关，冷却，其实际结晶的温度就，过冷度也就。 7.金属材料的晶粒越细，和性能越高。 8.金属的结晶过程可以通过进行研究并绘制冷却曲线图，图中纵坐标表示，横坐标表示。 9.形核率越，长大速度越，则结晶后的晶粒越细小。 10.晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象叫做。 11.晶体中存在、、、、 、等结构缺陷，都会造成，引起 增大，从而使材料的提高。 12.晶界越多使金属材料的力学性能越。 13.金属在下，随的改变，由转变为的现象称为同素异构转变。 二、选择题 1.金刚石和石墨具有相同。（） A.组成原子 B.力学性能 C.晶格类型 D.显微组织 2.合金固溶强化的基本原因是（） A.晶粒变细 B.晶格发生畸变 C.晶格类型发生了改变 D.以上都不是 3.金属结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度将（）

A.越高 B.越低 C.越接近理论结晶温度 D.等于理论结晶温度 4.为了细化晶粒，可采用（） A.快速浇注 B.加变质剂 C.以砂型代金属型 D.都不行 5.金属发生结构改变的温度称为（） A.凝固点 B.临界点 C.过冷度 D.结晶温度 6.面心立方晶格的原子数为（） A.12 B.14 C.17 D.9 7.以下金属中属于体心立方晶格的是（） A. Cu B. γ-Fe C. Fe3C D. Cr 8.下列说法错误的是（） A.纯金属的结晶是在恒温下进行的 B.纯金属结晶所用的时间是指冷却到室温的时间 C.结晶结束，不再有结晶潜热释放出来 D.理论结晶温度与实际结晶温度之间存在温度差 9.下列不属于细化晶粒的方法是（） A.超声波震动 B.电磁震动 C.机械震动 D.加热保温 10.下列物质中属于非晶体的是（） A.硫酸铜 B.明矾 C.食盐 D.松香 11.金属凝固前向金属液体中加入变质剂，主要是（） A.增加晶粒体积 B.使晶粒变细 C.降低结晶速度 D.使晶粒变成单晶体 12.以下各细化晶粒方法中与长大速度有关的是（） A.变质处理 B.增加过冷度 C.震动处理 D.加热处理 三、综合分析题 如图为纯金属的冷却曲线，试解答下列问题：

结晶过程得观察

结晶过程得观察 一、实验目得 1.通过观察透明盐类得结晶过程及其晶体组织特征,为理解、掌握金属得结晶理论建立感性认识。 2.通过观察具有枝晶组织得金相照片及其有枝晶特征得铸件或铸锭表面,建立金属晶体以树枝状形态成长得直观概念。 二、设备仪器 1.生物显微镜; 2.接近饱与得氯化铵或硝酸铅水溶液(由实验室预先配制好); 3.干净玻璃片、吸管; 4.电炉或电吹风; 5.有枝晶组织得金相照片。 6.有枝晶得金属铸件(锭)实物。 三、生物显微镜构造及工作原理 (一)显微镜得基本结构 显微镜就是实验室中最常用得仪器。我们要了解它得基本结构,并学会使用显微镜得方法。 显微镜得中部有一弯曲得柄,称镜臂;基部有一马蹄形部分,就是镜座。自柜中取用时,用右手握紧镜臂,左手托住镜座,保持镜体直立,轻轻放置于桌上,观察各部构造。 镜座上得短柱叫镜柱。镜臂基部有一个方形或圆形得平台,就是载物台(或称镜台)。台得中央有一圆孔,可通过光线。两侧有压片夹,用以固定玻片标本。现代得显微镜具镜台X-Y 驱动器,用以固定与移动玻片标本。在圆孔得下面,有由一片或数片透镜所组成得聚光器,有集射光线于物体得作用。在聚光器下方有反光镜,可将光线反射至聚光器。此镜一面平,一面凹。凹面具有较强得反光性,多用于光线较暗得情况下;光线较强时用平面镜即可。电子显微镜得光源来源于内光源,位于镜座靠后方。镜座右侧臂有调节螺旋,可以前后调节改变光线得强弱。光线较强适于观察色深得物体;光线较弱适于观察透明(或无色)得物体。

在载物台得圆孔上方,有一附于镜柄上端得圆筒称为镜筒,其上下两端附有镜头。现代得显微镜一般有两个镜筒。两镜筒之间得距离,可按观察者双目得得距离调节。 镜筒上端为接目镜(或称目镜),可从镜筒内抽出。接目镜有低倍与高倍之分。 在镜筒下端有可放置得圆盘叫旋转器,下面附有2～4个接物镜(或称物镜)以螺旋旋入旋转器内。接物镜也有低倍与高倍之分。转动旋转器可换用接物镜。 在镜臂上有两组螺旋。大得叫粗调焦器,小得叫细调焦器。现代得显微镜粗、细调焦器常组合在一起,外周粗得螺旋为粗调焦器,小得叫细调焦器。用调焦器调焦点。粗调焦器升降镜筒较快,用于低倍镜调焦;细调焦器升降镜筒较慢,用于高倍镜调焦。 接物镜有低倍与高倍之分。较短得就是低倍,一般放大10倍(10×);较长得就是高倍,一般放大40倍(40×)、油物镜放大100倍(100×)。接目镜也有高低倍之分,较长得就是低倍,一般放大5倍(5×)或6倍(6×),较短得就是高倍,一般放大10倍(10×)、12倍(12×)或15倍(15×)。 显微镜得总放大倍数就是接目镜得放大倍数与接物镜放大倍数得乘积。例如,作用5×接目镜与10×接物镜,则总放大倍数就是50倍。使用10×接目镜与40×接物镜,则总放大倍数就是400倍。 (二)显微镜得使用方法 1.光线得调节:使用显微镜时,应使镜臂向着自己(现代显微镜使镜臂反向对着自己),摆好显微镜,平放在实验台上。转动粗调焦器,把镜筒向上提起。转动旋转器,使低倍接物镜对准载物台得圆孔。二者相距约2cm左右,打开光源按钮,向前向后移动按钮,两眼对着双筒接目镜观察,调节光线得强弱至适宜强度。 2.低倍镜得使用:将需观察得标本装片放在载物台上,使标本正对中央圆孔。用玻片夹固定。俯首侧视接物镜,并顺时针方向旋动粗调焦螺旋,使载物台上升到装片与接物镜约0、5厘米处。危重双眼全睁自目镜观察,并向逆时针方向慢慢地转动粗调焦螺旋,使载物台下降至能见到物像为止。为使见到得物像更清晰,再来回转动细调焦螺旋。 3.高倍镜得使用:需用高倍镜时,一定就是在上述低倍镜下能瞧清物像得前提下进行。首先将要详细瞧得部分移到视野正中央,转动转换器,换高倍物镜。转动细调焦器,上下调节,使物像达到最清晰为止。

金属结晶现象和条件

金属结晶的现象 一、晶体结晶过程的宏观现象（过冷度和结晶潜热）。 1)过冷度（ΔT=T m-T n） 2)过冷度和金属的属性和冷却速度有关。 3)金属不同，过冷度不同；金属的纯度越高，过冷度越大；冷却 速度越快，过冷度越大。 4)相变潜热1摩尔物资从一个相转变为另一个相时，伴随着吸 收或放出的热量。金属由固态变为液态，需要吸热；由液态 变为固态需要放热。前者称为融化潜热，后者称为结晶潜热。 二、从微观上说，金属的结晶过程就是形核和长大的过程。 1)当金属液体冷却到实际结晶温度时，晶核并未立即出生，而是 经过一段时间才出现第一批晶核。结晶开始前的这段停留时间 称为孕育期。 2)晶核由晶胚形成。 3)由一个晶核长成的晶体就是一个晶粒。 4)一个晶粒内存在很多晶胞，并且晶胞位向一致。 5)因此单晶体表现出各向异性。 6)由两个以上晶粒组成的晶体称为多晶体。 7)一般的金属都是多晶体。并且由无数个晶粒组成。 8)各晶粒位向各异，相互抵消。 9)所以一般金属不表现出各向异性。 金属结晶的热力学条件

1、热力学第二定律:在等温等压条件下，物质系统总是自发的从自 由能较高的状态向自由能较低的状态转变。 2、自由能之差是促进金属相变的热力学条件，即相变驱动力。 3、 4、由上图可知：过冷度越大，自由能之差越大，且液相和固相自 由能之差与过冷度成正比。在过冷度等于0时，自由能之差也为0。 5、过冷度越大，自由能之差越大，相变驱动力越大，结晶速度越 快。 金属结晶的结构条件 1、液态金属的一个重要特点就是相起伏。只有在过冷液中相起伏 才能形成晶胚。但不是所有晶胚都可以转化成晶核。下节将讨论晶胚转化成晶核的条件。

第五章金属学基础金属的结晶过程与同素异构转变

第五章金属学基础 第二节金属的结晶过程与同素异构转变 由液态金属变为固态金属的过程称为________。 A．凝固 B．结晶 C．再结晶 D．重结晶 金属从一种固态晶体结构转变成另一种固态晶体结构的过程称为重结晶，下列转变中________属于重结晶转变。 A．共晶转变 B．结晶 C．再结晶 D．同素异构转变 金属从一种固态晶体结构过渡到另一种固态晶体结构的过程称为________。A．共晶转变 B．结晶 C．再结晶 D．重结晶 关于金属结晶过程中过冷度的描述，下列说法错误的是________。 A．过冷度是理论结晶温度与实际结晶温度的差值 B．实际结晶温度高于理论结晶温度 C．冷却速度越大，过冷度则越大 D．过冷度是实际液态金属结晶的必要条件 对纯金属而言，下列说法________是错误的。 A．不会在恒温下结晶 B．不会发生相变 C．都能进行形变强化 D．都能进行时效强化 当系统的温度________T0时，系统过热，ΔE________0，液态金属处于稳定状态，熔化自发进行。 A．大于/小于 B．大于/大于 C．小于/大于 D．大于/小于 当系统的温度________T0时，系统过冷，ΔE________0，液态金属处于稳定状态，结晶自发进行。 A．大于/小于 B．大于/大于

C．小于/大于 D．大于/小于 液态金属结晶时，过冷度ΔT________，自由能差ΔE________，所以液态金属结晶的倾向越大。 A．越大/越大 B．越大/越小 C．越小/越小 D．越小/越大 下列关于金属结晶过程的说法不正确的是________。 A．金属结晶不是瞬间完成的，结晶过程包括晶核形成与晶体长大两个基本过程B．对一个晶粒的形成来说，它具有严格区分的成核和长大两个阶段 C．对整体液态金属结晶过程来说，成核与长大过程始终交叉进行，所以说结晶是成核与长大并进的过程 D．尺寸增大稳定性增高的远程有序原子团称为晶胚 金属的结晶过程包含________和________。 A．晶核不断形成/晶核长大 B．晶粒/晶界 C．晶界/亚晶界 D．晶核/晶核长大 液态金属在晶体长大过程中，________是其动力。 A．过冷度的大小 B．成核数量的多少 C．过冷度的大小和成核数量的多少 D．形成枝晶的多少 实际金属晶体的晶粒越细，则________。 A．机械性能越差 B．工艺性越好 C．机械性能越好 D．工艺性越差 同一金属结晶后，晶粒较细的其________。 A．强度较高而塑性较差 B．强度较低而塑性较差 C．强度较低而塑性较好 D．强度较高而塑性较好 金属结晶后，其晶粒的粗细与结晶时________有关。 A．形核率和形核速度 B．形核速度和形核面积