金属材料第三章结晶
金属的晶体结构和结晶
三、金属旳实际晶体构造
1、单晶体与多晶体旳概念 ➢ 单晶体：晶体内部旳晶格位向是完全一致。 ➢ 多晶体：由多晶粒构成旳晶体构造。晶粒与晶粒
之间旳界面称为晶界。
晶
晶
粒
界
3.1 金属旳构造
2、晶体中旳缺陷
（1）点缺陷
最常见旳点缺陷是空位和间隙原子，如下图所示。因为这 些点缺陷旳存在，会使其周围旳晶格发生畸变，引起性能 旳变化。
➢ 金属经过热处理能够在不变化化学成份旳前提下 取得不同旳组织，从而取得不同旳力学性能。
3.4 合金旳晶体构造
二பைடு நூலகம்合金晶体构造旳类型
根据构成合金旳各组元之间相互作用旳不同，合 金旳晶体构造可分为固溶体、金属化合物和机械混合 物三种类型。
1、固溶体 ➢合金在固态下，组元间仍能相互溶解而形成旳均匀 相，称为固溶体。 ➢形成固溶体后，晶格保持不变旳组元称溶剂，晶格 消失旳组元称溶质。 ➢固溶体旳晶格类型与溶剂组元相同。
晶体与非晶体旳根本区别在于其内部原子旳排列是否规则。
晶体有一定旳熔点，且性能呈各向异性，而非晶体与此相反。
➢ 在自然界中，除一般玻璃、松香、石蜡等少数物质以外， 涉及金属和合金在内旳绝大多数固体都是晶体。
3.1 金属旳构造
(2)晶格、晶胞、晶格常数
➢用于描述原子在晶体中排列规则旳三维空间几何点阵称 为晶格。 ➢在晶格中就存在一种能够代表晶格特征旳最小几何单元， 称之为晶胞。 ➢描述晶胞大小与形状旳几何参数称为晶格常数。
Fe3C旳晶体构造
3.5 合金旳结晶
➢ 共晶转变 从一定化学成份旳液体合金中同步结晶出两种不 同固相旳机械混合物，则该转变过程称为共晶转 变。
➢ 共析转变 在固态下由一种单相固溶体同步析出两种不同固 相旳机械混合物，则该转变过程称为共析转变。
金属与合金的结晶
度，也叫平衡结晶温度，是指液体的结晶速度与晶
体的熔化速度相等时的温度。
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第3章 金属与合金的结晶
4
实际上的结晶温度总是低于这一平衡结晶温度， 原因在结晶的能量条件上。 在自然界中，任何物质都具有一定的能量，而 且一切物质都是自发地由能量高的状态向能量低的 状态转变，结晶过程也同样遵循这一规律。
通常把组成合金的最简单、最基本，能够独立 存在的物质称为组元。但在所研究的范围内既不分解 也不发生任何化学反应的稳定化合物也可称为组元， 如Fe3C看作一组元。
2． 合金系
由两个或两个以上组元按不同比例配制成的一 系列不同成分的合金，称为合金系。
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第3章 金属与合金的结晶
37
3．相图
匀晶合金的结晶过程
T,C 1500 1400 c 1300 1200d 1100 1000 1083
T,C L
L
1455 a
L+ b
L
匀晶转变 L
L
Ni Cu 匀晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的熔点， t 100 而是在液、固相线划定的温区内进行结晶。 20 40 60 80 冷却曲线 Ni%
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第3章 金属与合金的结晶
39
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第3章 金属与合金的结晶
40
四、二元状态图的基本类型分析
1.二元匀晶相图
2.二元共晶相图 3.二元包晶相图 4.形成稳定化合物的相图 5.具有共析转变的相图 6.合金的性能与相图的关系
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体心立方
面心立方
体心立方
第三节 合金的结晶与相图
合金的应用比纯金属广泛得多
→ 因为合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯 金属高许多；某些合金还具有特殊的电、磁、耐 热、耐蚀等物理、化学性能。
学习内容： 一 概念 二 合金相结构 三 二元合金相图
一 概念
1·合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属，经 熔炼或烧结、或采用其它方法组合而成的具有 金属特性的物质。
如果在结晶过程中只有一颗晶核并长大，而不出 现第二颗晶核．那么由这一颗晶核长大的金属， 就是一块金属单晶体。
2、形核和长大 形核： 均质形核：由熔液自发形成新晶核，液体中出现新
相晶核的几率是相同的→ 自发形核
异质形核：新相优先出现于液相中的某些区域的 形核方式 → 非自发形核←杂质（未熔 质点）
长大： 长大过程实质：液体中金属原子向晶核表面迁移过程 长大条件：过冷度
∵结晶初期生成的微小晶粒与
液相间的平衡温度低于大晶
体与液相间的平衡温度— 小
ห้องสมุดไป่ตู้晶体的熔点<大晶体的熔点 温
度
而通常金属的熔点是与大晶 T
Tm=T大晶粒
△T Tn=T小晶粒
体相对应的 → 结晶过程只能
在金属熔点以下的温度进行
∴过 冷条件下发生！
时间τ
②结晶过程中晶核数目越多，凝固后晶粒数目也越多， 晶粒越细小；反之，晶粒数目越少，晶粒越粗大；
2·组元：组成合金最基本的、独立的物质，简称为元。 一般指组成合金的元素，或稳定的化合物。
例如：黄铜的组元是铜和锌；碳钢的组元是铁和碳， 或是铁和金属化合物Fe3 C
黄铜:Cu与Zn的合金。Zn的含量越高，其强度也较高，
第三章 纯金属的结晶
x = ΝΑ Ν → 界面上固态原子占据位 置的比例
• 当a≤2时，在x=0.5处有一个 时 处有一个 极小值。 极小值。实际界面结构应使 最小， △GS最小，在这种情况下的 • 这类界面称为粗糙（Rough） 这类界面称为粗糙（ ） 或非光滑（ 或非光滑（Non-Faceted）界 ） 大多数金属和合金的液/ 面。大多数金属和合金的液 固相界面是粗糙型的。 固相界面是粗糙型的。 • 当a>5时，x在接近 和1处出 在接近0和 处出 时 在接近 现极小值。 现极小值。 • 这类界面称光滑（Faceted） 这类界面称光滑（ ） 界面。 界面。多数无机化合物及某 些类金属如Bi、 、 的界 些类金属如 、Sb、Si的界 面是光滑型的。 面是光滑型的。
2.晶粒长大 晶粒长大
晶粒长大过程实质是液体中原子迁移到固体表面， 晶粒长大过程实质是液体中原子迁移到固体表面， 液体中原子迁移到固体表面 使液－固界面向液体中不断推移的过程 。 使液－固界面向液体中不断推移的过程
晶粒生长的形态包括平面状、 树枝状。 晶粒生长的形态包括平面状、胞状 、树枝状。 平面状
• （一）固液界面的微观结构
• 固液界面微观结构有两种类型 光滑界面；粗糙界面 固液界面微观结构有两种类型：光滑界面； 光滑界面 • 光滑界面 界面微观光滑 宏观为小平面界面 光滑界面：界面微观光滑 宏观为小平面界面 界面微观光滑，宏观为小平面界面。 • 粗糙界面：微观界面粗糙，宏观界面平直 平直。 粗糙界面：微观界面粗糙，宏观界面平直 粗糙
Jackson因子（a）与界面状态 因子
• （二）晶粒长大机制
工程材料第三章金属与合金的结晶
匀晶转变
α
2
L 2’
(α+β)
α
βⅡ
3
(α+β) (α+β)
α βⅡ
时间
一次α相 一次α的成分沿AC线变化到C点
析出
βⅡ 液相的成分沿AE线变化到E点
183℃
LE
αc + βD
三、二元共晶相图
共晶相图：二元合金系中两组元在液态能完全溶解，而 在固态互相有限溶解，并发生共晶转变的相图
（一）相图分析
其它相线：液相线，固相线，固溶线
合金系：两个或两个以上的组元按不同比例下配制成 的一系列不同成分的合金的总称
合金的结晶特点：
1.合金的结晶过程不一定在恒温下进行，而是在一个温 度范围内完成，而纯金属在恒温下完成； 2.合金的结晶不仅会发生晶体结构的变化，还会伴有化 学成分的变化，而纯金属仅发生晶体结构的变化。
合金结晶：非恒温结晶 一、二元合金相图的基本知识 合金相图：又称合金平衡图， 表示在平衡状态下，合金的组 成相和温度、成分之间关系的 图解
补充：共析相图 共析转变：在恒定的温度下，一个有特定成分的固相分解成另外
两个与母相成分不相同的固相的转变过程，与共晶转变类似，S点为 共析点
共析相图：发生共析转变的相图
第三章 金属与合金的结晶
思考题
什么是过冷度？ 什么是共晶转变？ 工业生产中常采用哪些方法细化晶粒，
改善铸件的性能？
本章到此结束。
ALB为液相线，开始结晶，液相线以上为液态，L； AαB为固相线，结晶终了，固相线以下为固态区，α； 液相线与固相线之间为两相共存区，L+α
分析
1.液、固相线不仅是相区分线，也是结晶时两 相的成分变化线
材料科学基础第三章
• 在过冷液相中，形成具有rk~r0范围的晶胚 所需形核功是不同的，临界晶核形核功最
大，称为临界形核功。
• A=ΔGmax=σS/3
(3-12)
• 此式表明：均匀形核时，临界形核功等于
临界晶核表面能的1/3。或者说形成临界晶
核时需从液相的能量起伏中获得三分之一
• 受材料热导率的限制，用增大过冷度的办 法来细化晶粒度工艺只对小型和薄型铸件 有效。
• (2) 固体杂质结构的影响：在相同过冷度下， 非均匀形核的临界曲率半径与均匀形核的 临界晶核半径相同(式3-10，3-21)。
• 但非均匀形核所需晶胚体积和表面积随润 湿角θ的减小而减小。θ角越小，晶胚成核 越小，相同界面上的形核数越多。因此θ是 影响非均匀形核的一个重要因素。
• 如果只有一粒晶核长大，则由这一粒晶核 长大的金属就是一块金属单晶体。
• 3.1.2 金属结晶的宏观现象
• 金属结晶伴随着一系列宏观特征的改变， 如结晶潜热的释放，融化熵的变化等。研 究这些宏观特征的变化是研究金属结晶过 程的重要手段。
• 3.1.2.1 冷却曲线与金属结晶温度：用热分 析装置将金属融化后缓慢降温，每隔一定 时间记录一次温度，绘制成温度-时间关系 曲线，称为冷却曲线。这种测定冷却曲线 的方法叫热分析法。
• 液态金属在达到某一过冷度之前基本不形 核，而在有效过冷度ΔΤP时形核率骤增。
• 金属的晶体结构简单，容易结晶。纯的。凝固总是从杂质 表面开始，所需要的过冷度很低，称非均 匀形核。将液态金属碎裂成直径10至50μm 的小液滴，则凝固按均匀成核方式进行。 纯金属均匀形核的有效过冷度为 ΔΤp0.2Tm(绝对温度)。
(3-6)
• 所以：rk=2σ Tm /Lm/ΔΤ
第03章 结晶相图
第二节 纯金属的结晶
八、铸件晶粒大小的控制
决定晶粒尺寸的要素： 从液体凝固后，每个晶核生长成一个晶 粒，晶核多晶粒的尺寸自然就小。凝固理论分析表明晶粒尺寸决 定于N/G，即形核率高晶粒细小，而长大速度快，晶粒尺寸增大。 控制原理与方法：生产过程通常希望材料得到细小的尺寸，为此 控制晶粒尺寸的方法有：第一，降低浇注温度和加快冷却速度， 如金属模、或加快散热，尽管形核率和长大速度都提高，但形核 率的提高快得多，所得到的晶粒将细化，可是快冷却速度会增加 零件的内应力有时甚至可能造成开裂，有时因生产环境和零件尺 寸达不到快速冷却。第二，加变质剂即人为加入帮助形核的其它 高熔点细粉末，如在铜中加少量铁粉或铝中加Al2O3粉等，以非 均匀方式形核并阻碍长大。第三，铸件凝固中用机械或超声波震 动等也可细化晶粒尺寸。若希望晶粒粗大，如用于高温的材料， 对这些因素进行相反的操作。
组织：人们用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜、电子 显微镜等）所观察到的材料形貌。它决定于组成相的类型、 形状、大小、数量、分布等。 组织组成物：组织中形貌相同的组成部分。
第三节
材料的相结构
二、固溶体
1. 固溶体：
当材料由液态结晶为固态时，组成元素间会象溶液那样 互相溶解，形成一种在某种元素的晶格结构中包含有其它元 素原子的新相，称为固溶体。与固溶体的晶格相同的组成元 素称为溶剂，在固溶体中一般都占有较大的含量；其它的组 成元素称为溶质，其含量与溶剂相比为较少。固溶体即一些 元素进入某一组元的晶格中，不改变其晶体结构，形成的均 匀相。
凝结－蒸发 凝固－熔化 凝华－升华
意义：材料中使用较广泛的有金属材料，金属材料绝大多数用 冶炼来方法生产出来，即首先得到的是液态，经过冷却后才 得到固态，固态下材料的组织结构与从液态转变为固态的过 程有关，从而也影响材料的性能。
第3章金属与合金的结晶.
晶粒大小的影响因素
• 形核率N——单位时间内、单位体积中所产生的晶核数目。 • 晶核的长大速率G——单位时间内晶核向周围长大的平均 线速度。 晶粒的大小取决于形核率 N和长大速度G的相对大小 ， 34 根据分析计算，单位体积中的晶粒数目Zv ： N ZV 0.9 12 G 单位面积中的晶粒数目Zs为： N Z S 1.1 G
铁有体心立方晶格的 Fe和面心立方晶格的 Fe 钴有密排六方晶格的 Co和面心立方晶格的 Co
金属在固态下随温度的改变，由一种晶格变为另一种晶 格的现象，称为金属的同素异构转变。由同素异构转变 所得到的不同晶格的晶体，称为同素异构体。
在常温下的同素异构体一般用希腊字母 表示， 较高温度下的同素异构体依次用 、、 等表示。
显然，N/G越大，则Zv、Zs越大，晶粒 越细。即：凡能促进形核，抑制长大的因 素，都能细化晶粒。
细化晶粒的方法： ①增加过冷度 提高冷却速度和 降低浇注温度。
此法仅对小型或薄壁件有效，对 较大的厚壁铸件不易获得大的过 冷度，整个体积不易实现均匀冷 却，而且冷却速度过大，往往导 致铸件开裂而报废；形状复杂的 件也不适用。为此，工业上还常 常采用其他的处理方法。
第一节 纯金属的结晶
一、纯金属的冷却曲线 和过冷现象 研究液态金属结晶 ——热分析法 冷却曲线平台——金属在
结晶过程中，释放的结晶潜热 补偿了散失的热量，使温度不 随冷却时间的增长而下降，直 至结晶终了，没有结晶潜热补 偿散失的热量，温度又重新下 降。
热电偶 液态金属 坩埚 电炉
结晶潜热： 伴随着液态向固态转变而释放的热量称结晶潜热。
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第三章金属的结晶金属由液态转变为固态的过程称为凝固，由于固态金属是晶体，故又把凝固称为结晶。
§3.1 结晶的过程和条件一、液态金属的结构特点金属键：导电性，正电阻温度系数近程有序：近程规则排列的原子集团结构起伏：近程规则排列的原子集团是不稳定的，处于时聚时散，时起时伏，此起彼伏，不断变化和运动之中，称为结构起伏。
结晶的结构条件：当近程规则排列的原子集团达到一定的尺寸时，可能成为结晶核心称为晶核, 即由液态金属的结构起伏提供了结晶核心。
结构起伏是金属结晶的结构条件。
二、结晶过程形核：液相中出现结晶核心即晶核；晶核长大：晶核形成后不断长大，同时新晶核不断形成并长大；不断形核、不断长大；晶体形成：各晶核相互碰撞，形成取向各异、大小不等的等轴晶粒组成的多晶体形核与长大是晶体形成的一般规律。
单晶体与多晶体三、结晶的过冷现象用热分析法获得液态金属在缓慢冷却时温度随时间的变化关系，即冷却曲线。
由冷却曲线可知，结晶时有过冷现象：实际结晶温度Tn低于理论结晶温度Tm的现象称为过冷。
液态金属过冷是结晶的必要条件。
过冷度：△T=Tm-Tn, 其大小除与金属的性质和纯度有关外，主要决定于冷却速度，一般冷却速度愈大，实际结晶温度愈低，过冷度愈大。
四、结晶的热力学条件热力学：研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科，主要研究平衡状态的物理、化学过程。
热力学第二定律：在等温等压下，自发过程自动进行的方向是体系自由焓降低的方向，这个过程一直进行到自由焓具有最低值为止，称为最小自由焓原理。
利用最小自由焓原理分析结晶过程。
两相自由焓差是相变的驱动力。
金属结晶的热力学条件：固相自由焓必须低于液相自由焓。
热力学条件与过冷条件的一致性。
§3.2 形核的规律形核方式：均匀形核（自发形核）与非均匀形核（非自发形核）。
一、均匀形核均匀形核：当液态金属很纯净时，在相当大的过冷度下，固态晶核依靠液相内部的结构起伏直接从液相中自发形成。
（一）均匀形核的能量分析液相中出现一个晶核，体系自由焓的变化：液态→固态，体积自由能降低，即△G V=G S-G L<0;晶核形成会增加一个新的液固相界面，增加了界面能即σS。
体系自由焓的变化为：△G=V△G V+σS设晶核为半径r的球体，则上式为：△G=4/3πr3△G V+4πr2σ（二）形核条件分析1．晶核尺寸对△G-r关系曲线的分析。
r*称为临界晶核半径，其值可对上式求导并令其等于零求得。
r*=-2σ/△G V。
当r< r*时，其长大会使体系自由焓升高，故这样的原子集团不能充当晶核，将熔化而消失，称为晶坯；当r> r*时，其长大会使体系自由焓下降，故这样的原子集团可充当晶核；当r= r*时，其可能长大也可能熔化消失，这是因为：长大会使体系自由焓降低，但此时体系自由焓达到最大，且为正值，体积自由焓的降低不能补偿界面能的增加，还须从外界取得额外的能量供应，即取得形核功才能成核。
临界晶核与临界晶核半径。
2．能量条件形成临界晶核时外界须提供形核功，形核功大小为：将r*=-2σ/△G V代入△G 公式，可得△G*=1/3（4πr*2σ），即形核功为界面能的1/3。
即形成临界晶核时，体积自由能的降低只能补偿2/3的界面能，尚有1/3的界面能需由能量起伏提供。
能量起伏：液相中各微区的自由焓是不等的，均围绕平均值在不断变化。
总之，均匀形核必须满足两个条件：依靠结构起伏提供r≥ r*的原子集团充当晶核；依靠能量起伏提供相当于界面能1/3的形核功。
3．过冷度大小临界晶核半径r*和形核功△G*均与过冷度有关：r*=-2σ/△G V=2σ·Tm/Lm·△T△G*=16πr*3Tm3/3(Lm·△T) 2过冷度愈大，临界晶核半径r*愈小，形核功△G *也愈小，形核更容易。
（三）形核率某一过冷度下形核的快慢用形核率表示。
形核率：单位时间内单位体积中所形成的晶核数，单位为1/cm3·s影响形核率有两个因素：从热力学上，随过冷度增大，r*减小，△G *也减小，形核更容易，形核率愈高；从动力学上，转变温度愈低，原子扩散能力愈弱，不利于晶核形成，使形核率降低。
对形核率的分析：形核率 N=K·N1·N2N1-受形核功影响的形核率因子N2-受原子扩散激活能影响的形核率因子N1∝e-△G*/KT,K-波尔兹曼常数，过冷度愈大，r*减小，△G *也减小，所需能量起伏减小，形核愈容易，N1增大。
N2∝e-Q/KT ,Q-原子越过液固相界面的扩散激活能，即原子由液相转变为固相所需的能量，随温度变化很小。
T升高，有利于扩散，N2增大；而过冷度愈大，原子活性降低，不利于原子扩散，N2减小。
二．非均匀形核（非自发形核）非均匀形核：金属液中存在固体夹杂物，晶胚依靠这些固体夹杂物的现成界面而成核，称为非均匀形核。
（一）能量分析及临界晶核半径同样存在体积自由能降低和界面能的增加，总的自由能变化为：ΔG非＝VΔG V+ΔG S分析在现成基底上形核的情况，见图3－8。
两个界面S1和S2：S1－晶核与液相界面S2－晶核与基底界面三种界面张力：σLa为晶核－液体界面张力σaw为晶核－基底界面张力σLw为液体－基底界面张力当晶核稳定存在时，三种界面张力在交会处达到平衡：σLw＝σaw＋σLa cosθθ角为晶核与基体的接触角（润湿角）设在基底上形成一个球冠状晶核，所引起自由能变化：体积自由能变化：ΔG体＝VΔG VV＝1/3πr3（2－3cosθ＋cos3θ）界面能变化：ΔG S由三部分组成：（1）晶核球冠界面能增加σLa·S1，S1＝2πr2（1－cosθ）（2）晶核底面界面能增加σaw·S2，S2＝πr2 sin2θ（3）原来液体与基底的界面能消失σLw·S2, S2＝πr2 sin2θΔG S＝σLa·S1＋σaw·S2－σLw·S2＝σLa·πr2（2－3cosθ+cos3θ）∴ΔG非＝1/3πr3（2－3cosθ+cos3θ）·ΔG V+σLa·πr2（2－3cosθ+cos3θ）＝（4/3πr3ΔG V+4πr2σ）·（2－La3cosθ+cos3θ）/4与均匀形核相比：ΔG均＝4/3πr3ΔG V+4πr2σLa可知两者仅差一项（2－3cosθ+cos3θ）/4 与均匀形核类似，可求出临界晶核半径令dΔG/dr＝0，则得 r*非＝－2σLa/ΔG V 可知：非均匀形核球冠临界曲率半径与均匀形核时球形晶核的临界半径相同。
形成临界晶核时所需的形核功为：ΔG*非＝（16πσ3/3ΔG2V）·[（2－3cos θ+cos3θ）/4]（二）接触角及临界半径晶核体积1．接触角由上述分析：ΔG非＝（4/3πr3ΔG V+4πr2σLa）·（2－3cosθ+cos3θ）/4＝ΔG均·（2－3cosθ+cos3θ）/4形成临界晶核时：ΔG*非＝ΔG*均·（2－3cosθ+cos3θ）/4讨论：当θ＝0°时ΔG*非＝0完全润湿，不需形核功可形核当θ＝180°时，ΔG*非＝ΔG*均，基底未起作用，为均匀形核一般0°<θ<180°时，cosθ在1～－1之间，（2－3cosθ+cos3θ）/4 < 1即ΔG*非<ΔG*均，非均匀形核所需形核功小，能在较小过冷度下形核，且θ越小，ΔG*非越小，形核越容易。
2．临界半径晶核体积非均匀形核的临界半径为晶核的曲率半径，不能完全决定晶核的体积和表面积的大小。
在相同临界半径下，接触角θ不同，非均匀形核的形状和体积会有很大变化。
θ角越小，晶核体积越小，表面积越小，晶胚体积越小，形核所需的结构起伏越小，形核越容易。
非均匀形核的形状和体积由r*和θ共同决定。
因此，在非均匀形核中，θ起很大作用，主要是：影响形核功大小，影响晶核体积，通过减小θ角，ΔG*非减小，晶核体积减小，所需能量起伏和结构起伏都小，使形核率增加。
除了θ和r*外，基底的表面形貌对非均匀形核也有影响。
见图3－10。
（三）形核条件非均匀形核与均匀形核一样，要结构起伏提供晶核，能量起伏提供形核功。
并非所有固相质点都能起基底作用，必须符合一定条件都固相质点才能作为非均匀形核的基底：结构相似、大小相等活性质点（四）实际应用变质处理：在液态金属中加入变质剂作为活性质点，减小θ角，促进非均匀形核，提高形核率，以细化组织，提高材料性能。
§3.3 晶核长大一．晶核长大条件分析图3－12、图3－13晶核长大的条件：固液界面处存在动态过冷度二．固液界面微观结构与晶体微观长大（一）固液界面微观结构微观结构：光滑界面与粗糙界面1．光滑界面（小平面界面）光滑界面：微观看固液界面光滑平整，两相截然分开，界面通常为晶体的密排面。
宏观看，界面呈曲折的台阶状，是由一系列小平面组成，每个小平面是平整光滑的，又称小平面界面，非金属、类金属具有光滑平面。
2．粗糙界面（非小平面界面）粗糙界面：从微观看，界面不平整，存在几个原子厚的过渡层，过渡层中约有50％位置为固相原子占据。
由于过渡层很薄，宏观看，界面反而较平整，不出现曲折和小平面。
金属多具有粗糙界面。
（二）晶体微观长大方式1．粗糙界面垂直长大2．光滑界面长大方式两种机制：二维晶核长大机制依靠晶体缺陷长大三固液界面的温度分布与晶体宏观长大（一）固液界面的温度分布1．正温度梯度图3－21（a）2．负温度梯度图3－22（a）（二）晶体宏观长大形态1．正温度梯度下晶体平面状长大2．负温度梯度下晶体树枝状长大§3.4 结晶理论的应用一、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表示。
工业上用晶粒度等级表示晶粒大小。
（一）晶粒度对材料性能的影响实质是晶界面积大小的影响，晶粒越细小，晶界面积越大，对性能的影响越大。
晶粒度对材料力学性能影响的一般规律是：晶粒越细小，强度、硬度越高，同时塑性、韧性也越好。
如：晶粒直径(mm) σb(kg/mm2) δ(%)9.7 16.8 28.67.0 18.4 30.62.5 21.5 39.5(二)决定晶粒度的因素晶粒大小主要取决于形核率N和长大速度G的相对大小：形核率N↑，晶核数量多，晶粒多，晶粒细小；长大速度G↓，长大时间长，长大过程中会形成更多晶核，晶粒细小。
反之，形核率低，长大速度快，晶粒越粗大。
总之，N/G↑，晶粒越细小。
凡能促进形核，抑制长大的因素，都能细化晶粒。
（三）控制晶粒度的方法控制形核率和长大速度。
主要方法：1．控制过冷度N和G均随过冷度增大而增大，但N 增大更快，适当增加过冷度，有利于提高N/G，细化晶粒。