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金属从液体状态转变为固体(晶体)状态的过程叫做金属的结晶。冷却曲线和过冷现象物质冷却过程中温度和时间的关系曲线叫冷却曲线。金属结晶的冷却曲线可用热分析法测定,其测定过程如下:先将金属熔化并使温度尽可能均匀,然后以一定的速度冷却,记录下温度间变化的数据,并将其绘制在温度-时间坐标中,便可获得如图1所示的冷却曲线。由于结晶时放出的结晶潜热补偿了金属向外界散失的热量,冷却曲线上出现了一段水平线,这段水平线所对应是温度就是金属的实际结晶温度。实验表明,金属的实际结晶温度T1总是低于理论结晶温度(平衡结晶温度)T0,这种现象叫做过冷。过冷是结晶的必要条件,T1和T0之间的差值△T叫做过冷度,即△T=T0-T1。
金属材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的大能力称为塑性,通常以拉伸试验时的试样标距长度延伸率δ(%)和试样断面收缩率ψ(%)延伸率δ=[(L1-L0)/L0]x100%,这是拉伸试验时试样拉断后将试样断口对合起来后的标距长度L1与试样原始标距长度L0之差(增长量)与L0之比。在实际试验时,同一材料但是不同规格(直径、截面形状-例如方形、圆形、矩形以及标距长度)的拉伸试样测得的延伸率会有不同,因此一般需要加注,例如常用的圆截面试样,其初始标距长度为试样直径5倍时测得的延伸率表示为δ5,而初始标距长度为试样直径10倍时测得的延伸率则表示为δ10。断面收缩率ψ=[(F0-F1)/F0]x100%,这是拉伸试验时试样拉断后原横截面积F0与断口细颈处小截面积F1之差(断面缩减量)与F0之比。实用中对于常用的圆截面试样通常可通过直径测量进行计算:ψ=[1-(D1/D0)2]x100%,式中:D0-试样原直径;D1-试样拉断后断口细颈处小直径。δ与ψ值越大,表明材料的塑性越好。
结晶过程是形核及晶核长大的过程。金属的同素异构转变金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象,称为同素异构转变。具有同素异构转变的金属有铁、钴、钛、锡、锰等。以不同晶格形式存在的同一金属元素的晶体称为该金属的同素异晶体。相:指合金(或纯金属)中具有同一成分、结构、性能,并以界面互相分开的均匀的组成部分。根据构成合金的各元素之间的相互作用,合金中的相结构可以分为固溶体和金属化合物两大类型。