一? 名詞解釋

液態(tài)：介于固態(tài)和氣態(tài)之間的一種狀態(tài)，具有一定體積，不易被壓縮，具有流動(dòng)性和各向同性

凝固：物質(zhì)從液態(tài)冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程

結(jié)晶：液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榫w金屬的過程（由不穩(wěn)定的具有近程有序排列的原子集團(tuán)的液相結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的長程有序的晶體結(jié)構(gòu)）

熔化潛熱：是指當(dāng)物質(zhì)加熱到熔點(diǎn)后，從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)吸收或放出的熱量。

?結(jié)構(gòu)起伏：液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的主要特征是長程無序，但在微小區(qū)域內(nèi)存在有序、規(guī)則的排列，因此可以認(rèn)為液態(tài)金屬是由近程有序排列的原子集團(tuán)組成，這些原子集團(tuán)都是不穩(wěn)定的，時(shí)而消失，時(shí)而產(chǎn)生，且這些原子集團(tuán)的尺寸也不同，形成了結(jié)構(gòu)上的起伏。

二? ?研究凝固和結(jié)晶的意義

1.工業(yè)上金屬材科的生產(chǎn)、制備的一個(gè)最重要的途徑就是熔煉和凝固，除去粉末冶金制備的特殊金屬制品以外，幾乎所有的金屬制品都必須要經(jīng)過熔煉和凝固。

?2.無論是成型鑄件還是鑄錠經(jīng)過變形后得到的各種型材，其性能都會(huì)受到鑄件或者鑄錠凝固組織的決定性影響。比如說鑄錠的凝固組織會(huì)影響其熱變形性能，而不合理的鑄錠組織則會(huì)引起熱變形過程中發(fā)生開裂、破壞，降低成材率；雖然熱加工可改善鑄錠組織和性能，但鑄造過程中產(chǎn)生的宏觀缺陷卻會(huì)殘留在制品中，造成制品性能嚴(yán)重受破壞。

? 3.鑄錠或鑄件的凝固組織與其結(jié)晶、凝固過程極其密切，凝固過程中的參數(shù)（形核率、長大速度、溫度梯度）決定了凝固組織的特征。因此，控制凝固過程，保證鑄錠或鑄件質(zhì)量，形成合理的凝固組織，對(duì)提高工程金屬材料的性能以及發(fā)揮材料潛力具有重要的意義。

?4.通過研究凝固過程和鑄錠組織的形成，可以掌握結(jié)晶過程規(guī)律，并控制鑄錠或鑄件凝固組織的形成、成分分布和組織的變化，為獲得高質(zhì)量鑄件或鑄錠提高理論依據(jù)。

三? 液態(tài)金屬與固體金屬的比較

1.體積的變化

金屬熔化時(shí)體積增大，變化在2.5%到5%中間

變化的原因：一部分是質(zhì)點(diǎn)距離增大，另一部分是形成了大量空位

2.熱容的變化

存在一些小的熱容突變

3.熔化熱和熔化熵的變化

熔化熱包含內(nèi)能的變化以及體積變化引起的膨脹功兩部分。

? 金屬熔化時(shí)體積變化不大，故膨脹功不大

? 內(nèi)能包括動(dòng)能和勢能? ? ?

? ?其中固態(tài)和液態(tài)質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能由于在熔點(diǎn)時(shí)溫度相等，可以認(rèn)為是接近的

? ?內(nèi)能的變化主要反映了勢能和質(zhì)點(diǎn)間相互作用力的變化

熔化時(shí)候熵增長較大，金屬無序程度大為增加

四? 金屬結(jié)晶的基本規(guī)律

結(jié)晶的一般過程：

? ?1.驅(qū)動(dòng)力：△G=GS-GL<0;（阻力是表面自由能）

? ? 2.△G=LV·△T/Tm;這表明過冷度越大，驅(qū)動(dòng)力越大。（△T為理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差值）

? ? 3.在一定過冷度下發(fā)生的結(jié)晶凝固過程包括形核和晶核長大的基本過程，但這兩個(gè)過程不是分開的，而是同時(shí)進(jìn)行的。

? ? 4.存在最大過冷度，當(dāng)過冷度大于最大過冷度（也就是冷卻速度極大時(shí)），來不及結(jié)晶而得到非晶；或過冷至某一溫度時(shí)，無法繼續(xù)形核，已經(jīng)完成凝固。

? ? 5.結(jié)晶存在平臺(tái)期。

微觀過程：

（a）孕育期：將液態(tài)金屬冷卻到熔點(diǎn)以下一溫度等溫停留，液態(tài)金屬并不馬上結(jié)晶，一段時(shí)間后才開始出現(xiàn)第一批晶核

（b）形核，晶核不斷長大

（c）晶核長大，新的晶核不斷生產(chǎn)和長大，形成晶粒，液態(tài)金屬越來越少

（d）結(jié)晶完畢，正在長大的晶粒彼此相遇，長大停止，所以晶體彼此相遇

宏觀現(xiàn)象

1.過冷? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??金屬結(jié)晶的實(shí)際溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這個(gè)現(xiàn)象稱為過冷。過冷是結(jié)晶的必要條件。? ??過冷度越大，實(shí)際開始結(jié)晶溫度越低。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 過冷度? ? ?△T= Tm-Tn? ? ??

2.形核

? 過冷液態(tài)金屬中短程規(guī)則排列的晶態(tài)小集團(tuán)就是晶胚，幾何尺寸達(dá)到一定程度后形成晶核。

? 液體金屬有均勻形核和非均勻形核兩種形式。

? 均勻形核：在金屬液體中依靠自身的結(jié)構(gòu)均勻自發(fā)地形成核心（液體結(jié)構(gòu)中不穩(wěn)定的近程有序排列的原子集團(tuán)（晶胚）在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的固相晶核的過程）。

? 非均勻形核：依靠外來夾雜所提供的異相界面非自發(fā)不均勻形核。

? 下一個(gè)專欄將主要討論這兩種形核形式和影響形核的因素