过冷度与结晶驱动力（ △G ）的关系：
T G Lm Tm
其中：Ｌm：熔化潜热， △Ｔ：过冷度； Ｔm：熔点； 所以， △G 与△Ｔ成 正比；
回答问题：要获得结晶过程所需的驱动力，一 定要有过冷度，这样才能满足结晶的热力学条 件；同时，过冷度越大，相变的驱动力越大， 结晶速度便越快；
1.2结晶潜热： 结晶潜热：金属凝固时从液相转变为固相时 所放出的热量； 当金属结晶时，由于结晶潜热的释放，补偿 了散失到周围环境的热量，所以在冷却曲线 上出现了平台，平台延续的时间就是结晶所 需的时间。
1.1 相图的建立
配置合金 测定冷却曲线 标定临界点 绘制合金相图

结晶开始点的连线叫液相线。 结晶终了点的连线叫固相线。

过冷度对 形核的影响：
2）非均匀形核（非自发形核、异质形 核）：依附于液体中现存的固体杂质或容 器型壁而行形核。 在生产中，液态金属的凝固总是以非 均匀形核方式进行。液态金属凝固过程中 进行振动和搅拌，使枝晶碎断，形核率增 加。
2.3.2晶核长大
1）晶体长大机制： 晶体的长大是靠原子由液相逐渐转移到固相来 完成的。 2）长大的条件： ① 需要一定的过冷度，但所需的较小，仅为10－3－ 10－4℃； ②液相温度要足够高，以完成原子由液相到固相的 迁移。
④在液态金属凝固过程中，通过铸型振动、 机械搅拌、电磁搅拌等力学方法，使枝晶 破碎，而使晶核数大大增加，从而细化晶 粒。 ⑤去除液相中的异质晶核、抑制低过冷度 下的形核，使合金液获得很大过冷，并在 大过冷度下突然形成大量晶核，获得细小 等轴晶组织。

第二节 二元合金相图及其结晶过程 合金的性能是由合金的成分、组织决定的， 研究合金成分、组织、性能之间关系最重要 的工具是合金相图。 合金相图表示同一合金系中各个合金的结晶 过程。 相图中的组织都是在极其缓慢的冷却条件下 获得的，都是接近平衡态的组织，又叫平衡 图、平衡状态图。
2）控制形核、细化晶粒的主要途径
①提高金属凝固时的冷却速度获得较大的过冷 度，增大形核速率。例如：降低铸型温度；采 用散热快的金属模。 ②在浇铸前往液态金属中加入形核剂（晶粒细 化剂），促进形成大量的非均匀晶核来细化晶 粒。如：钢中加入钛、锆、钒。 ③添加长大抑制剂以降低晶核的长大速率，使 形核数量相对提高，获得细小的等轴晶组织；
晶胚：在液态金属中，
每一瞬间都会涌现出 大量尺寸不等的相起 伏，尺寸较大的相起 伏在结晶时，有可能 转变为晶核。 所以，尺寸较大的相 起伏叫做晶胚。固过程的第二个条件
2.3 晶核的形成与长大
2.3.1 形核方式：均匀形核和非均匀形核； 1）均匀形核（自发形核、均质形核）：液相中 各个区域出现新相晶核的几率相同。 条件：液态金属绝对纯净、足够大的过冷度；
当T=Tm，GS=GL，两相可以同 时共存，具有同样的稳定性， 处于热力学平衡状态，Tm就 是理论结晶温度，即熔点。 当T＜Tm，GL＞GS，液态金 属可以自发地转变为固态金属， 而两相的自由能差（△G）就 构成了金属结晶的驱动力。 当T＞Tm，GS＞GL，固态金 属可以自发的熔化为液态。
② 在负温度梯度下－－以枝晶方式长大（界 面前沿的过冷度越来越大）
当界面上有微小区域的偶然 凸起，前方过冷度大于后方， 有利于凸起部位生长； 凸起生长释放结晶潜热，不 利于周围晶体生长，在较远 处形成另外一个凸起； 一次晶轴释放结晶潜热，使 液相中也呈负温度梯度，长 出二次晶轴。
2.4 晶粒大小的控制 晶粒度：晶粒的大小称为晶粒度。通常用晶 粒的平均面积或平均直径来表示。 1）晶粒大小对金属性能的影响：常温下， 晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性、韧 性越好，利于铸件力学性能的提高。
正温度梯度------液相中的温度随距离界面距离的增加而升高。 负温度梯度------液相中的温度随距离界面距离的增加而降低。
3) 长大方式：
大多数金属的液固界面为粗糙界面。
①正温度梯度下－－以平面方式长大（界面前沿 的过冷度越来越小）
液固前沿过冷度 小，一旦局部有 凸起，它便进入 低于临界过冷度 甚至Tm以上温 度，成长立刻减 慢，甚至融化， 最终保持平面。
综上，只有当T＜Tm时， 即存在一定的过冷度时， 液态金属才能结晶。
Gl （纯金属的液态自由能） GS（纯金属的固态自由能）
Ｔm－理论结晶温度 (熔点)； Ｔn－实际结晶温度； 过冷度：金属的实际结晶 温度与理论结晶温度之差 以△Ｔ表示； △Ｔ＝Ｔm－Ｔn 结晶的必要条件：有一定 的过冷度； 影响过冷度的因素： Ⅰ、金属的本性：金属不同， 过冷度不同； Ⅱ、金属的纯度：纯度越高， 过冷度越大； Ⅲ、冷却速度：冷却速度越 大，过冷度越大，则实际 结晶的温度越低；
2.2 结晶的结构条件 2.2.1 液态金属的结构 液态金属的结构：在杂乱无序分布的原子中存 在着短程有序集团； 短程有序：在液态金属中的微小范围内，存在 着紧密接触、规则排列的原子集团； 2.2.2液态金属结构的特点： 近程有序集团不是固定不动的，而是处于不断 的变化之中，它会瞬时消失，瞬时产生，此起 彼伏，不断变化，我们把这种不断变化的近程 有序集团称为“结构起伏”或“相起伏”。
第二章 纯金属和合金的结晶
第一节 纯金属的结晶 结晶：金属由液态转变为固态晶体的过程； 1 金属的结晶过程及过冷 金属的结晶过程包括形核和晶核长大过程。

形核与长大示意图
2 结晶的热力学条件和结构条件 2.1结晶的热力学条件


纯金属在结晶时都有一固定的转变温度，称为结 晶温度。 为什么液态金属在理论结晶温度不能结晶，而必 须在一定的过冷度条件下才能进行呢？这是由热 力学条件所决定的。 热力学第二定律指出：在等温等压的条件下，物 质系统总是自发地从自由能高的状态向自由能低 的状态转变。 自由能-温度曲线： 自由能：物质能自动向外界释放多余的热量或能 够对外做功的那部分热量；