结晶概念:物质由液态转变为具有晶体结构的固相的过程。一、纯金属的冷却曲线和过冷现象1.通过热分析法测定冷却曲线2.冷却曲线分析3.过冷现象纯金属结晶过程包括形核和晶粒的长大。二、金属结晶的基本条件当T＜Tm时，即，△T＞0，△G=G新-G旧=GS-GL＜0，结晶可自发进行。2.结构条件3.能量条件晶核的形成方式：均匀形核、非均匀形核。(一)均匀形核2.临界晶核半径(rk)0＜r＜rk，r↑→△G↑，不能长大；r=rk，△G=△Gmax，临界状态；r＞rk，r↑→△G↓，自发长大。即过冷液体中最大晶胚尺寸＝rk时的ΔT3.形核功（△Gk）事实上，只要r>rk,即为稳定晶核。原因：液体中除结构起伏外，还存在能量起伏故形核功可以依靠能量起伏来补偿结论：除结构起伏外，形核还借助能量起伏条件。4.形核率(N)实际纯金属：随ΔT↑,N↑;且ΔT=0.2Tm（二）非均匀形核晶核依附于液态金属中现成的微小固相杂质质点的表面形成。（二）非均匀形核固体杂质结构的影响当θ=0时，△Gk′=0，固体杂质充当现成晶核，完全润湿；当θ=π时，△Gk′=△Gk，固体杂质不能作为晶核，不润湿；润湿程度越好，则表面能越小。一般θ=0-９0°。（1）必须要有过冷度ΔT，晶胚尺寸r>rK。（2）rK与ΔT成反比。ΔT↑rK↓。（3）均匀形核既需结构起伏，又需能量起伏——液体中的自然现象。（4）结晶必须在一定温度下进行(扩散条件)（5）在工业生产中，液态金属凝固总是以非均匀形核进行。均匀形核ΔT=0.2Tm非均匀形核ΔT=0.02Tm2.晶粒长大晶体生长的条件：（1）存在动态过冷动态过冷度：晶体生长所需的临界过冷度（金属结晶凝固的必要条件）；（2）足够高的温度；（3）合适的晶体表面结构（一）固液界面的微观结构当a≤2时，在x=0.5处有一个极小值。实际界面结构应使△GS最小，在这种情况下的这类界面称为粗糙（Rough）或非光滑（Non-Faceted）界面。大多数金属和合金的液/固相界面是粗糙型的。当a>5时，x在接近0和1处出现极小值。这类界面称光滑（Faceted）界面。多数无机化合物及某些类金属如Bi、Sb、Si的界面是光滑型的。（二）晶粒长大机制二维晶核长大机制：台阶侧面，横向长大，△Tk大，长大速度很慢。螺旋位错长大机制示意图3晶体的生长形态（1）液固界面前沿温度分布（2）晶体的生长形态粗糙界面:(二)负温度梯度下各种形态的树枝晶2光滑界面多为小平面树枝状晶体有时为规则外形晶体x(Cu)=25%的Ni-Cu合金快冷凝固后的的树枝状偏析×10三、金属晶粒的大小影响晶粒大小的因素控制晶粒度的方法2.变质处理Al-Si合金第二节金属铸锭宏观组织与缺陷（二）柱状晶区形成原因：(1)细晶区形成后，模壁温度升高，结晶前沿过冷度ΔT较低，不易形成新的晶核；(2)晶体沿垂直于模壁(散热最快)相反方向择优生长成柱状晶。（三）中心等轴粗晶区形成原因：（1）液体温度全部降到结晶温度以下，可同时形核。（2）未熔杂质、冲断的枝晶分枝可作为非均匀形核的核心。（3）散热失去了方向性，各方向长大速度相差不大。——长成等轴晶。由于过冷度ΔT不大，晶粒较粗大二、铸锭组织的控制具体：(1)提高铸锭模的冷却能力。如：金属模代替砂型模；增加金属铸模的厚度等注意：此方法仅适于尺寸较大的铸件，但不适于尺寸较小的铸件原因：若铸模冷却能力很大，反而促进等轴晶的发展（增加形核率）。（3）提高熔化温度，减少非均匀形核数目。熔化温度越高，液态金属过热度越大，非金属夹杂物溶解越多，从而减少了柱状晶前沿液体中形核的可能性，有利于柱状晶区的发展。（三）、发展等轴晶，限制柱状晶的方法降低浇注温度和浇注速度，减小液体过热度，在液体中保留较多非均匀形核核心；小铸件：可用↑过冷度的方法↑形核率；大铸件：变质处理；铸锭常见缺陷有缩孔、气孔、夹杂物等。