結晶（鋼液）概述

    結晶（鋼液）

    簡介

    從鋼液中產生晶體的過程，也稱液態結晶或一次結晶。隨著熱量的導出，晶體從無到有(形核)
，由小變大(晶體長大)

，直至液體全部轉為固體(晶體)，完成結晶過程。鋼液的結晶過程決定著鋼錠或鑄件的結晶組織及物理、化學不均勻性

，從而影響到鋼的機械、物理和化學性能。控製鋼的結晶過程是提高鋼的質量和性能的重要手段之一。

    溫度範圍

    鋼液不是純金屬，而是以Fe為基的含有一定量C、Si、Mn及其他一些元素的多元合金。因此，它的結晶過程不是在某一固定的溫度(熔點)進行
，而是在一定的溫度範圍內完成的。在平衡結晶條件下


，鋼液溫度降至其液相線溫度(tL)時開始出現晶體
，而達到固相線溫度(ts)時結晶方告結束。此液相線和固相線間的溫度區間
，即tL-ts=Δtc。便(bian)稱(cheng)為(wei)該(gai)合(he)金(jin)的(de)結(jie)晶(jing)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)。某(mou)一(yi)鋼(gang)種(zhong)的(de)結(jie)晶(jing)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)主(zhu)要(yao)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)含(han)元(yuan)素(su)的(de)性(xing)質(zhi)及(ji)其(qi)含(han)量(liang)

，並(bing)可(ke)由(you)鐵(tie)與(yu)相(xiang)應(ying)元(yuan)素(su)的(de)二(er)元(yuan)或(huo)三(san)元(yuan)相(xiang)圖(tu)來(lai)確(que)定(ding)。各(ge)元(yuan)素(su)對(dui)結(jie)晶(jing)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)的(de)影(ying)響(xiang)可(ke)近(jin)似(si)地(di)看(kan)成(cheng)可(ke)加(jia)和(he)的(de)。即(ji)某(mou)一(yi)具(ju)體(ti)鋼(gang)種(zhong)的(de)結(jie)晶(jing)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)。

    結晶兩相區

    鋼液凝固時，在靠近模壁的固相(凝固層)與內部液相之間存在著一個過渡區—兩相區(圖1)，即在凝固著的鋼錠內，存在三個區域：固相區
、兩相區、液相區。鋼液的結晶即形核和晶核長大過程隻在兩相區進行。鋼錠的凝固就是兩相區由鋼錠表麵向錠心的推移過程：當液相等溫線到達鋼錠內某一部位時，結晶開始
；erguxiangdengwenxiandadaomouyibuweishi，gaichujiejingbiangaojieshu，quanbuzhuanbianweiguti。yexiangdengwenxianheguxiangdengwenxiandaodadingneimouyizhidingdiandeshijianjiange，jigaidiancongyexiangxianwendujiangzhiguxiangdengwenxiansuojinglideshijian，chengzuogaidiandebendininggushijian，changyiq表biao示shi之zhi。本ben地di凝ning固gu時shi間jian與yu該gai處chu的de平ping均jun冷leng卻que速su度du成cheng反fan比bi。由you於yu鋼gang錠ding內nei不bu同tong部bu位wei的de傳chuan熱re條tiao件jian差cha異yi很hen大da
，因yin此ci不bu同tong部bu位wei的de本ben地di凝ning固gu時shi間jian會hui有you很hen大da的de不bu同tong，從cong而er引yin起qi結jie晶jing組zu織zhi的de不bu同tong。鋼gang錠ding內nei液ye相xiang等deng溫wen線xian和he固gu相xiang等deng溫wen線xian間jian的de距ju離li稱cheng作zuo兩liang相xiang區qu寬kuan度du，以yi△x表示之。且有。兩相區窄有利於柱狀晶發展，而兩相區寬有利於等軸晶發展。

    形成原因

    合金凝固時，由於溶質在固相中和在液相中的溶解度不同，而產生選分結晶(也稱脫溶或液析)現象。即伴隨結晶的進行
，在凝固前沿不斷有溶質析出(K

    樹枝晶生長

    晶體生長方式，即凝固前沿推進的方式取決於凝固前沿組成過冷的大小。當組成過冷從無到有、由小變大時，凝固前沿將由平滑無組織狀態演變為胞狀直至樹枝狀、內(nei)生(sheng)生(sheng)長(chang)。對(dui)於(yu)鋼(gang)錠(ding)的(de)實(shi)際(ji)凝(ning)固(gu)條(tiao)件(jian)下(xia)

，在(zai)大(da)部(bu)分(fen)凝(ning)固(gu)期(qi)間(jian)
，凝(ning)固(gu)前(qian)沿(yan)是(shi)以(yi)樹(shu)枝(zhi)狀(zhuang)或(huo)內(nei)生(sheng)狀(zhuang)態(tai)生(sheng)長(chang)，最(zui)終(zhong)得(de)到(dao)樹(shu)枝(zhi)狀(zhuang)晶(jing)的(de)晶(jing)體(ti)結(jie)構(gou)。晶(jing)體(ti)總(zong)是(shi)以(yi)原(yuan)子(zi)排(pai)列(lie)最(zui)緊(jin)密(mi)的(de)麵(mian)與(yu)液(ye)相(xiang)接(jie)觸(chu)，以(yi)使(shi)表(biao)麵(mian)能(neng)最(zui)小(xiao)。對(dui)麵(mian)心(xin)立(li)方(fang)晶(jing)格(ge)的(de)γ一Fe來說，密排麵為{111}mian


，suoyikaishixichudejingtichengbamiantiwaixing。suizhejiejingdejinxing，youyuxuanfenjiejingzainingguqianyanxingchengrongzhifujiceng
，zheshijingtibiancongbiaomianrongzhinongdufujijiaoshaodebuwei—八麵體的頂端沿[111]方向凸出生長，形成樹枝晶的一次軸(主幹)。接著
，一次軸沿八麵體的棱邊——溶質濃度次低處優先長粗。當一次軸表麵處組成過冷進一步增加時，又會在一次軸晶體缺陷處形成與一次軸相垂直的二次枝晶——二次軸。隨後還可能形成三次枝晶
、四次枝晶等，每個晶幹不斷長粗和長出更高次枝晶，直至彼此相遇。最後充滿整個樹枝晶各枝幹間

，形成一個晶粒。

    根據生長方式的不同，可得到3種不同形狀的樹枝晶：

    (1)zhuzhuangjing。zhiyouyigefangxiangshangdeyicizhoudedaotuchufazhandeshuzhizhuangjing。gaiyicizhouchengweizhuzhou。dangzuchengguolengxiaoshi，zhijingzhuangchangdasuodedaodezhuzhuangjing，ercizhijingbufada

，leisiyubangzhuangjing。suizhezuchengguolengdezengjia，zhuzhuangjingdegaocizhijingzhubudedaofazhan。

    (2)等軸晶。各方向都得到較均勻發展的樹枝狀晶。隻有內生生長時才形成等軸晶。

    (3)粒狀晶。枝晶不發達的樹枝狀晶
，也稱球雛晶。隻有在散熱強度極小時，如鋼錠和鑄件的熱中心處才可見到粒狀品。