纯金属的结晶过程优化为：纯金属结晶的过程

1.纯金属结晶的冷却曲线

纯金属结晶的冷却曲线是用来描述金属结晶的冷却过程的，它可以用热分析法测量绘制。具体步骤：首先将金属熔化，然后以缓慢的速度进行冷却；在冷却过程中，每隔一定的时间记录其温度；以温度为纵坐标，时间为横坐标，将实验记录的数据绘制成温度与时间的关系曲线，如图3.4所示，该曲线即为该金属结晶的冷却曲线。

由冷却曲线可知，金属开始时为液体状态，温度随时间下降；之后出现水平线，这是由于液体金属进行结晶时，内部放出的结晶潜热补偿了它向环境散失的热量，从而使温度保持不变；随后温度又随时间下降。

2.结晶的过冷现象

从图3.4中可以看到，金属是冷却至Tn时才开始结晶的。金属的实际结晶温度低于理论结晶温度T0的现象，称为过冷现象。理论结晶温度T0与实际结晶温度Tn之差（T0-Tn）称为过冷度，用ΔT表示。实验表明，金属只有在低于理论结晶温度的条件下才能结晶。对同一金属来说，ΔT不是恒定值，它与冷却速度有关。冷却速度越大，金属实际结晶温度越低，过冷度越大；反之，过冷度越小，金属实际结晶温度就越接近理论结晶温度。

3.结晶的基本过程

液体金属的结晶过程是通过晶核形成（形核）和晶体长大（长大）两个基本过程进行的。图3.5表示纯金属的结晶过程，其结晶过程的变化按从左至右[见图3.5（a）～图3.5（e）]的顺序进行。

图3.4　纯金属结晶的冷却曲线(www.xing528.com)

图3.5　纯金属结晶过程示意图

（a）液态金属；（b）晶核；（c）晶核长大过程1；（d）晶核长大过程2；（e）晶粒

（1）形核

当液态金属[见图3.5（a）]温度下降到接近T1时，某些局部地区会有一些原子呈规则排列起来，形成极细微的小晶体，它很不稳定，遇到热流和振动，就会立即消失。但是，在有过冷度条件下，稍大一点的细微的小晶体，其稳定性较好，有可能进一步长大，成为结晶的核心，这些细微的小晶体称为晶核[见图3.5（b）]。形成晶核的过程简称为形核。

（2）长大

晶核形成之后，会吸附周围液态中的原子，不断长大[见图3.5（c）、（d）]。晶核长大使液态金属的相对量逐渐减弱。开始时各个晶核自由长大，且保持着规则的外形。当各自生长着的小晶体彼此接触后，接触处的生长过程自然停止，形成晶粒。因此，晶粒的外形呈不规则形状。最后全部液态金属耗尽，结晶过程完成[见图3.5（e）]。

从结晶过程可知，金属结晶的必要条件是具有过冷度。过冷度越大，金属实际结晶温度越低，晶核形成数量越多，晶核长大速率越快，结晶完成速度越快。

细晶粒金属的强度、韧性均比粗晶粒高。其原因是晶粒愈细，晶界面愈多，分布在晶界上的杂质愈分散，它们对力学性能危害也就愈小；另外，晶粒愈细，晶粒数量愈多，凸凹不规则的晶粒之间犬牙相错，彼此相互紧固，故其强度、韧性得到提高。