1、铸锭结构
铸锭(件)的宏观组织通常 由三个区组成:
⑴ 细晶等轴区：浇注时，由 于冷模壁产生很大的过冷度及非 均匀形核作用，使表面形成一层 很细的等轴晶粒区。
⑵ 柱状晶区：由于模壁温度升高，结晶放出潜热， 使细晶区前沿液体的过冷度减小，形核困难。加上模 壁的定向散热，使已有的晶体沿着与散热相反的方向 生长而形成柱状晶区。
以液体中存在的固态杂质 为核心形核称非自发形核。
非自发形核比自发形核更 重要。
(2)、晶核的长大方式 晶核的长大方式有两种， 即均匀长大和树枝状长大。
均匀长大
树枝状长大
二、同素异构转变
物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异
构转变。同素异构转变属于
纯铁的同素异构转变
相变之一—固态相变。
度 叫长大速度(G)。 N/G比值越大，晶粒越细小. 因此，凡是促进形核、抑制
3、细化铸态金属晶粒的措施
⑴ 增大过冷度： 随过冷 度增加，N/G值增加，晶粒 变细。 ⑵ 变质处理： 又称孕育 处理。即有意向液态金属内 加入非均匀形核物质从而细 化晶粒的方法。所加入的非 均匀形核物质叫变质剂（或 称孕育剂）。
⑶粗等轴晶区: 由于结晶潜热的不断放出，散热速 度不断减慢，导致柱状晶生长停止，当心部液体全部 冷至实际结晶温度T1以下时，在杂质作用下以非均匀 形核方式形成许多尺寸较大的等轴晶粒。
2、铸锭晶粒形状的影响因素
晶粒的大小取决于晶核的形成速度和长大速度。
单位时间、单位体积内形 成
的晶核数目叫形核率(N)。 单位时间内晶核生长的长
行。
液态金属在理论结晶温 度以下开始结晶的现象称 过冷。 理论结晶温度与实际结 晶温度的差T称过冷度
T= T0 –T1 过冷度大小与冷却速度 有关，冷速越大，过冷度 越大。
2. 纯金属的结晶过程
(1)、晶核的形成
形核有两种方式，即自发 形核和非自发形核。
由液体中排列规则的原子 团形成晶核称自发形核。
非晶态材料的特殊结构导致其具有优异的物理和化学性能。例如 很高的室温强度、硬度和刚度，良好的韧性、耐蚀性。有些成分 的非晶合金（Fe基）具有高导磁性、高磁感、低矫顽力等特性。
2. 微晶合金
晶粒尺寸在μm级的合金成为微晶合金。微晶材料也具有高强度、
硬度和刚度，良好的韧性、耐蚀性等。
3. 纳米级超细微晶
⑶ 振动、搅拌等：对正在结晶的金属进行振动或 搅动，一方面可靠外部输入的能量来促进形核， 另一方面也可使成长中的 枝晶破碎，使晶核数目显 著增加。
电磁搅拌细化晶粒示意图
超声振动细化晶粒示意图
四、单晶的制取
单晶是电子元件和激光 元件的重要材料。制备 单晶的基本要求是液体 结晶时只存在一个晶核， 要严格防止另外形核。
1、铁的同素异构转变
铁在固态冷却过程中有两次
晶体结构变化，其变化为：
1394℃
912℃
-Fe ⇄ -Fe ⇄ -Fe
-Fe、 -Fe为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立 方结构(FCC)。都是铁的同素异构体。
-Fe
-Fe
三、铸锭结构及其控制
在实际生产中，液态金属被 浇注到锭模中便得到铸锭，而 注入到铸型模具中成型则得到 铸件。 铸锭(件)的组织及其存在的 缺陷对其加工和使用性能有着 直接的影响。
五、快速凝固技术与应用
快速凝固技术是使液态金属以极大的冷速进行冷 却，获得的组织结构和性能都与模铸的同成份合金 有很大变化的金属的技术。方法主要分为三大类， 即模冷技术、雾化技术和表面快熔急冷技术。
单辊法快速凝固
雾化法快速凝固
快速凝固技术可以制造非晶态合金、微晶合金、准晶 合金和纳米超细微晶等材料。 1. 非晶态合金
是指几个原子到几百个原子大小的结晶集团。主要特点是1) 晶界 比例大。2）晶界状态处于大块晶体和纳米微晶之间。
小结
纯金属的结晶条件 结晶过程 同素异构转变 铸锭宏观组织 细化铸态金属晶粒的措施
第二章 金属材料组织与性能的控制
物质由液态转变为固 态的过程称为凝固。
物质由液态转变为晶 态的过ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ称为结晶。
物质由一个相转变为 另一个相的过程称为 相变。因而结晶过程 是相变过程。
玻璃制品 水晶
第一节 纯金属的结晶
一、纯金属的结晶 1. 纯金属结晶的条件 纯金属都有一个理论 结晶温度T0(熔点或平衡 结晶温度)。在该温度下, 液体和晶体处于动平衡 状态。 结晶只有在T0以下的实际结晶温度下才能进