结晶

♦  晶体物质由液态转变成固态的过程。

♦  物质中的原子由近程有序排列向远程有序排列的过程。

冷却曲线

理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，用△T表示，即△T=T0-Tn。

冷却速度愈大，过冷度就愈大，金属的实际结晶温度就愈低。过冷度是金属结晶的必要条件。

结晶的基本过程

结晶的一般规律

       

               

为了获得细晶粒组织，常采用以下方法：

增大过冷度 

 

进行变质处理 

变质处理是在浇注前向液态金属中人为地加入少量被称为变质剂的物质，以起到晶核的作用，使结晶时晶核数目增多，从而使晶粒细化。

例如，向铸铁中加入硅铁或硅钙合金，向铝硅合金中加入钠或钠盐等都是变质处理的典型实例。

采用振动处理  

机械振动、超声波振动、电磁搅拌等。

铸锭的结晶

表层细等轴晶粒区、柱状晶粒区、中心粗等轴晶粒区等三层不同特征的晶区。  

◆ 表层细等轴晶粒区：当高温下的液态金属注入铸锭模时，由于铸锭模温度较低，靠近模壁的薄层金属液体便形成了极大的过冷度，加上模壁的自发形核作用，便形成了一层很细的等轴晶粒层。

◆  柱状晶粒区：随着表面层等轴细晶粒层的形成，铸锭模的温度升高，液态金属的冷却速度减慢，过冷度减小；此时，沿垂直于模壁的方向散热最快，晶体沿散热的相反方向择优生长，形成柱状晶粒区。

 

铸锭的结晶组织

◆  中心粗等轴晶粒区：随着柱状晶粒区的结晶，铸锭模的模壁温度在不断升高，散热速度减慢，逐渐趋于均匀冷却状态。晶核在液态金属中可以自由生长，在各个不同的方向上其张大速率基本相当，结果形成了粗大的等轴晶粒。

铸锭的组织与性能

 金属铸锭中的细等轴晶粒区，显微组织比较致密，室温下力学性能最高；

 柱状晶粒区的组织较致密，不易产生疏松等铸造缺陷；

铸锭的中心粗等轴晶粒区在结晶时没有择优取向，不存在脆弱的交界面，不同方向上的晶粒彼此交错，其力学性能比较均匀，虽然其强度和硬度低，但塑性和韧性良好。

铸锭的缺陷

在金属铸锭中，除了铸锭的组织不均匀以外，还经常存在各种铸造缺陷，如缩孔、疏松、气泡、裂纹、非金属夹杂物及化学成分偏析等，会降低工件的使用性能。

金属从一种晶格转变为另一种晶格，这种转变称为金属的同素异晶转变。现以纯铁为例来说明金属的同素异晶转变过程。

纯铁的同素异晶( allomorph )转变反应式：

纯铁的冷却曲线：