铸造-宏观凝固组织
铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的它们的形成机理如何
1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何?
答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。
表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。
这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。
柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。
内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。
随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。
同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。
第三讲 连铸坯宏观组织及控制
三、 枝晶熔断及结晶雨理论
生长着的柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、游 离和增殖导致了内部等轴晶晶核的形成，称为“枝 晶熔断”理论。 液面冷却产生的晶粒下雨似地沉积到柱状晶区 前方的液体中，下落过程中也发生熔断和增殖，是 铸锭凝固时内部等轴晶晶核的主要来源，称为“结 晶雨”理论。
目前比较统一的看法是内部等轴晶区的 形成很可能是多种途径起作用。 在一种情况下，可能是这种机理起主导
①激冷层：铸坯表皮由细小等轴晶组成，叫激冷层，是在结晶器弯月
面处冷却速度最高的条件下形成的。宽度一般为2～5mm，主要决定于钢 水过热度，浇注温度越高，激冷层就越薄；温度越低，激冷层就厚一些。 ②柱状晶区：铸坯激冷层形成过程中的收缩，使结晶器弯月面以下约 100～150mm的器壁处产生了气隙，降低了传热速度。同时，钢液内部 向外散热使激冷层温度升高，不再产生新的晶核。在钢液定向传热得到 发展的条件下，柱状晶带开始形成。靠近激冷层的柱状晶很细，基本上 不分叉。从纵断面看，柱状晶并不完全垂直于表面而是向上倾斜一定角 度（约10°），从外缘向中心，柱状晶个数由多变少呈竹林状。柱状晶 的发展是不规则的，在某些部位可能会贯穿铸坯中心形成穿晶结构。对 于弧形连铸机，铸坯低倍结构具有不对称性。由于重力作用，晶体下沉， 抑制了外弧柱状晶生长，故内弧侧柱状晶比外弧侧要长些，且铸坯内裂 纹也常常集中在内弧侧。 ③中心等轴晶区：随着凝固前沿的推移，凝固层和凝固前沿的温度梯 度逐渐减小，两相区宽度不断扩大，铸坯心部钢水温度降至液相线温度 后，大量等轴晶产生并迅速长大，形成无规则排列的等轴晶带。中心区 有可见的不致密的疏松和缩孔并伴随有元素的偏析（如S、P、C、Mn）。 与钢锭比较，由于连铸坯柱状晶的发展，中心等轴晶区要窄得多，晶粒 也细一些。
柱状晶的特点是各向异性，对于诸如磁性材料、发动机和螺旋浆叶 片等这些强调单方向性能的情况，采用定向凝固获得全部柱状晶的零件 反而更具优点。 如何在技术上有效地控制铸件的宏观组织十分重要。因此有必要了 解各晶区组织的形成机理。
材料科学基础-实验指导-实验04 浇注和凝固条件对铸锭组织的影响
实验四浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响
一、实验目的
1. 研究金属注定的正常组织。
2. 讨论浇注和凝固条件对铸锭组织的影响。
3. 初步掌握宏观分析方法。
二、实验内容说明
金属铸锭（件）的组织一般分为三个区域：最外层的细等轴晶区，中间的柱状晶区和心部的粗等轴晶区。
最外层的细等轴晶区由于厚度太薄，对铸锭（件）的性能影响不大；铸锭中间柱状晶区和心部的粗等轴晶区在生产上有较重要的意义，因此认为地控制和改变这两个区域的相对厚度，使之有利于实际产品，有很大意义。
研究表明，铸锭（件）的组织（晶区的数目、相对厚度、晶粒形状的大小等）除与金属材料的性质有关外，还受浇注和凝固条件的影响。
因此当给定某种金属材料时，可借变更铸锭（件）的浇注凝固条件来改变三晶区的大小和晶粒的粗细，从而获得不同的性能。
本实验是通过对不同的锭模材料、模壁厚度、模壁温度、浇注温度及用变质处理和振动等方法浇注成的铝锭的宏观组织的观察，对铸锭（件）的组织形成和影响因素进行初步的探讨，并对金属研究中经常要采用的宏观分析方法进行一次初步的实践。
本实验用以观察的铸锭样品浇注和凝固条件如后表：
三、实验步骤
1. 教师介绍金属宏观分析方法，讲解各样品浇注和凝固条件。
2. 学员轮流观察各种样品，结合已知的浇注和凝固条件分析各样品宏观组织的形成过程。
3. 描述所观察到的各样品的宏观组织。
四、实验报告要求
1. 叙述浇注正常组织的形成过程。
2. 逐一描绘各试样的宏观组织图，分析浇注和凝固条件对铸锭（件）组织的影响。
3. 简述宏观分析方法。
铸锭凝固组织
此时，四周温度梯度变缓，中心温度下降至结
过去的时间内，大量形核，形成细小等轴晶外
随着外壳形成收缩，形成气隙，传热变慢，枝
4.1铸锭/坯的凝固组织
•正常偏析
•按照异分结晶一般规律进行凝固，由此产生的偏析即为正常偏析
•分四种情况：
•平衡态凝固
•液态均匀，固态不发生扩散
•液态不均匀，固态也不扩散
•液态和固态均有一定程度但不达到平衡的扩散
4.1铸锭/坯的凝固组织
•原因：
•在出现树枝晶的条件下，枝晶尖端部分孤立深入正面液体中，正面的界面很小，而枝晶之间残留大量液
体，所以枝晶要依靠与枝晶主轴垂直的方向扩散而扩
展凝固界面。
相比之下，纵向的扩散较小，。
第3章凝固组织
第三章铸坯凝固组织凝固组织包括两个方面：（1）宏观组织：指用肉眼观察到的铸坯内部的组织情况，通常包括晶粒的形态、大小、取向和分布等情况。
也就是针对铸坯的宏观状态而言也称为“凝固结构”、“低倍组织”和“低倍结构”。
（2）显微组织：是指借助于显微镜观察到的晶粒内部的结构形态，如树枝晶、胞状晶以及枝晶间距等。
也就是针对铸坯的微观形态而言。
也称为“金相组织”、“微观组织”。
两者表现形式不同，但其形成过程却密切相关，并对铸坯的各项性能，特别是机械性能产生强烈的影响。
第二章讨论了晶粒微观组织的形成过程，本章侧重于分析铸坯宏观组织的成因以及各种因素的影响。
在理论分析基础上，总结生产中控制铸坯结晶组织的各种有效方法。
第一节铸坯的凝固区域一．铸坯凝固的特点（1）钢属于一种合金。
钢液与纯金属的凝固特征的区别在于：①纯金属是在一个固定温度下完成凝固。
在定向凝固时，凝固前沿无过冷，凝固前沿或凝固区域为一个等温平面。
②钢是铁碳合金，钢液凝固是在一定的温度范围内完成的。
由于溶质再分配产生成分过冷，以树枝晶生长方式完成凝固。
即凝固发生在一定范围内，而不再位于一个平面内。
（2）冷却强度高：与铸造和模注工艺相比，连铸采用了强制冷却方式，冷却强度高。
即使在空冷区，铸坯的冷却强度也大于砂模铸造和模注。
（3）定向传热：在凝固过程中，采取铸坯表面冷却，从而形成了由内部向表面的定向传热方式。
从钢液内部到坯壳表面温度逐渐降低，即铸坯内外存在较大的温度梯度G。
二．凝固区域从宏观来看，定向传热使铸坯内部存在温度梯度，而合金性质决定了凝固是在一定温度范围内完成，因此铸坯在凝固过程中会存在三个区域：固相区、两相区和液相区。
如图3－18所示。
左图是平衡相图，钢液的结晶温度范围为S L T T -。
右图是正在凝固的铸坯断面，厚度为D 。
（1） 固相区：铸坯表层区域，其温度低于固相线温度S T 而成为固态，即凝固坯壳。
（2） 液相区：中心温度仍在液相线L T 以上而仍为液态钢水，即液芯；（3） 两相区：在固相区和液相区之间，温度处于液相线L T 和固相线S T 之间，呈固液共存。
见习铸造师之铸件形成理论思考题
铸件形成理论1.何谓热力学能障和动力学能障？如何克服？热力学能障是由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，它能直接影响到系统自由能的大小，界面自由能即属于这种情况，动力学能障是由金属原子穿越界面过程所引起的，它与驱动力的大小无关，而取决于界面内的结构和性质，激活自由能即属于这种情况。
液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构、和能量三个起伏，也正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，使凝固过程不断的进行下去。
2、从原子尺度看，决定液固界面微观结构的条件是什么？各种界面结构与其生长机理和生长速度之间有何联系？3、纯金属的宏观长大方式有几种？什么因素决定纯金属的宏观长大方式？4、纯金属凝固时固液界面的结构分哪两类？为何又称为小平面界面与非小平面界面？5、傅里叶第二导热定律和菲克第二扩散定律的数理方程，并指出方程中个物理量的含义6、设状态图中液相线和固相线均为直线，证明溶质再分配系数为常数7、用一共晶型合金浇注水平细长圆棒试样，画出再平衡凝固时沿试棒长度方向溶质的在分配曲线图，表明各特征值，并建立溶质再分配过程的溶质分配规律8、Al-Cu相图的主要参数是C E=33%，CSM=5.65%Cu，TM=660℃，TE=548℃，用Al-1%Cu合金浇注一水平细长圆棒试样，使其从左到右单向凝固，并保持固液界面为平界面，当固相无Cu 扩散，液相中Cu充分混合时，求:（1）凝固10%时，固液界面的和。
（2）共晶体所占的比列（3）画出沿棒长度方向Cu的分布曲线图，标明各特征值8、将上题改为当固相无Cu的扩散，液相中Cu有扩散而达到稳定态凝固时，求:（1）固液界面的和（2）固液界面的温度（3）固液界面保持平界面的条件（cm2/s）（4）画出沿试棒长度方向Cu的分布曲线图，并标明各特征值9、什么是溶质再分配？溶质再分配对液态金属成型有何重要意义？10、何为成分过冷？形成成分过冷的临界条件是什么？11、为什么过冷度是液态金属凝固的驱动力？为什么动力学过冷度是金属晶体生长的驱动力？何为热过冷和成分过冷？如何来理解成分过冷的本质？12、影响成分过冷范围的因素有哪些？它对材质或成型产品（铸件）的质量有何影响？13、成分过冷的大小受哪些因素的影响？它又是如何影响着晶体的生长方式和结晶状态的？所有的生长方式都仅仅由成分过冷因素决定么？14、根据成分过冷大小，单项合金凝固时界面的基本生长方式分那四种？何为内生生长，何为外生生长？15、试说明共晶合金的分类16、什么是共生共晶和离异共晶17、在普通工业条件下，为什么非共晶成分的合金往往能获得100%的共晶组织？用相图说明之。
铸件宏观凝固组织的特征及形成机理
（3）型壁晶粒脱落和枝晶熔断、游离理论： （4）“结晶雨”游离理论 液面晶粒沉降。
（2）激冷晶游离理论
非均质形核的激冷游离晶
因浇温低，浇注中形成的激冷游离晶
凝固初期形成 的激冷游离晶
（3）型壁晶粒脱落和枝晶熔断、游离理论
状晶或等轴晶所组成的宏观结晶组织 ：
完全柱状晶
完全等轴晶
二、铸件宏观凝固组织的形成机理
1、表面细晶粒区的形成
• 铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无 方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。
• 细化程度取决于 • △型壁散热条件所决定的过冷度和凝固区域的宽度。 • △型壁附近熔体内大量的非均匀形核 • △各种形式的晶粒游离
•竞争淘汰
•离开型壁的距离越远，取向不 利的晶体被淘汰得就越多，柱状 晶的方向就越集中，同时晶粒的 平均尺寸也就越大。
柱状晶择优生长
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3、内部等轴晶区的形成
－－熔体内部晶核自由生长的结果
• 等轴晶晶核来源
（1）过冷熔体直接形核理论：
溶质原子富集而使界面前方成分过冷增大发生非均 匀形核
（2）激冷晶游离理论 ：
型壁晶体或柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、游离和 增殖——理论基点为溶质再分配。
图 型壁晶粒脱落示意图
图 枝晶分枝“缩颈”的形成 a) b) c)为二、三次分枝时缩颈形成过程示意图。 V为生长方向。d)环乙烷的枝晶，可见分枝缩颈
• 溶质浓度再分配→界面前沿液态金属凝固点降低→实际过冷度减小。 溶质偏析程度越大，实际过冷度就越小，其生长速度就越缓慢。 晶体根部紧靠型壁，溶质在液体中扩散均化的条件最差，偏析程度最为严重，
材料成形原理第四章铸件结晶组织的形成与控制
4.1.4内部等轴晶的形成
2 关于等轴晶区的形成过程：（1）索新（Southin）等人认为不仅要求界面前方存在有等轴晶晶核，而且还要求这些晶核长到一定的大小，并形成网络以阻止柱状晶区的生长。（2）富兰杰克逊（Fredikesson）认为内部等轴晶区的产生并不要求游离晶形成网络阻止柱状晶区的生长，而是由一部分游离晶的沉淀和一部分游离晶被侧面生长着的状状前沿捕获后而形成的。（3）我国学者，认为内部等轴晶区的形成是由于凝固界面的生长速率R与游离晶垂直于界面的运动速率v之间互相作用的结果。当两者之差远大于界面捕获游离晶所必需的临界速率时，即可形成内部等轴晶区。
4.1.4内部等轴晶的形成
从本质上说，内部等铀晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。但是，关于等轴晶晶核的来源以及这些晶核如何发展并最终形成等轴晶区的具体过程，存在不同的争议。 1、关于等轴晶晶核的来源： （1）过冷熔体直接生核理论 （2）界面前方晶粒游离理论 （3）激冷晶游离理论
依附于型壁的晶粒生长时引起溶质再分配，界面前沿液态凝固点降低，其实际过冷度减小。晶体根部紧靠型壁，溶质不易扩散，偏析严重，生长受到抑制。而远离根部处易于通过扩散和对流而均匀，生长快。这样将在根部产生“缩颈”现象。
在流体的冲刷和温度反复波动所形成的热冲击作用下，熔点最低而又最脆弱缩颈部位极易断开，晶粒自型壁脱落而导致晶粒游离。
4.1.4内部等轴晶的形成
无论是关于等轴晶晶核的来源问题，还是等轴晶区形成的具体过程问题，上述各理论与看法均有自己的实验根据，然而也受到各自实验条件的限制。关于等轴晶区的形成过程比较统一的看法是，中心等轴晶区的形成很可能是多种途径的。在一种情况下，可能是这种机理起主导作用；在另一种情况下，可能是另一种机理在起作用，或者是几种机理的综合作用，而各自作用的大小当由具体的凝固条件所决定。
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第一章：铸造凝固组织的形成和控制1.1铸件宏观凝固组织的特征1.1.1特征根据液态金属的成份、铸型的性质、浇注及冷却条件，宏观凝固组织一般包括如下三个部分：表面细晶区，中间柱状晶去，内部等轴晶区。
图：p97 图8-1，b），（1）表面细晶区：紧靠铸型型壁的激冷组织，因此也称激冷区；由无规则的细小等轴晶组成。
特点：非常薄，只有几个晶粒厚。
(2) 中间柱状晶区：紧连细晶区；垂青于型壁（散热方向）；彼此平行排列；断面形状为柱状。
特殊情况：全部是柱状晶区，p97 图8-1，a）（3）内部等轴晶区：各相同性；没有方向性；晶粒尺寸远大于表面细晶区。
特殊情况：全部是等轴晶区：表面细晶区的数量非常小，对工件的整体性能影响不大，而柱状晶区和内部等轴晶区的数量非常大，因此，材料的性能主要取决于这两个相的相对比例。
具体的影响下面再谈。
1.1.2 铸件结晶组织对铸件性能的影响：（1）表面细晶区：特点：晶粒细且没有方向性；性能非常好；非常薄——几个晶粒的厚度:小于1mm。
对铸件性能的影响：对于薄壁铸件：如厚度在4~6mm的铸件，具有一定的意义对于大部分铸件：意义不大，这个厚度所占比例非常小：结论：一般不给与特别重视。
对于特别薄的铸件有一定的意义。
（2）中间柱状晶区：特点：a）晶粒长、粗大、晶界面积小、排列位向一致，b）杂质、非金属夹杂、气体等，一般存在在结晶界面上，特别是最后结晶的界面上。
而在柱状晶区，这些杂质主要存在于柱状晶与柱状晶或柱状晶与等轴晶的界面上，形成性能弱面。
C）进一步的加工，如塑性加工或轧制：在杂质较多的结合界面上产生裂纹。
性能：有方向性；纵向好，横向差；有性能弱面。
结论：一般情况下尽量避免。
特殊情况下充分利用。
举例：高锰钢锤头锤柄。
工况条件，旋转，打击、破碎。
高锰钢成分：Mn=13，C=1.2高锰钢锤头结构及组织示意图性能：韧性非常好，同时加工硬化。
实际生产中遇到的问题：但是浇注出来的铸件，拿锤子一砸就断。
现场的工人打电话给我说，我不相信，不可能，我打电话, 先查化学成分，说成分对，没有问题。
到现场一看：柱状穿晶。
但是，对于有些受力方向固定的铸件，如航空发动机叶片，主要受弯曲应力且应力非常大，同时又要求铸件的壁厚薄，要求尽可能得到有方向性的柱状晶区：采用定向凝固技术，控制散热方向，获得全部单向排列的柱状晶组织，提高铸件的性能和可靠性。
单向结晶技术（定向凝固技术）：使整个铸件都获得单向的柱状晶组织。
把铸型逐渐从加热器中移出（或加热器上移）就可以加强已凝固部分的散热条件。
为使先在结晶器上生成一些晶体及使界面上热交换比较稳定，浇注后先在加热器内停留数分钟，然后铸型以预定的速度从挡板中移出，并使凝固界面保持在挡板附近。
挡板的作用是减少加热器内热损失，使之维持较均匀的温度场，并减少加热器对已凝固部分的热辐射。
开始时凝固界面〔液、固相线位置）的推进速度比铸型移出速度快，这时铸件的凝固主要靠结晶器的散热（热传导），以后，凝固速度逐渐与移动速度一致，凝固层的辐射散热已起主导作用（图5-19），最后由于热传导的大大减弱，光靠辐射散热已不能维持界面的恒速推进，速度逐渐减慢。
为了进一步加强已凝固区的散热，可使结晶器连同铸型在移出隔板后尽快浸入低熔点而高沸点的液体金属中（如Sn）利用金属的热容量使凝固去急冷，这时使界面前的温度梯度可达200度/cm，且原则上不受凝固层拉长的影响，可得到极长的单向柱状晶。
三峡大坝用水轮发电机转轮整片铸造的“X”型叶片(每个转轮有13或者15片叶片)经五轴数控铣床经加工后，与上冠下环组圆、焊接、加工好后重量近450t，，直径将近十米，大小重量创下世界之最！！长度，宽度尺寸非常大，厚度相对于常、宽方向非常小，所以采用一般的工艺，肯定不行。
三峡左岸电站水轮发电机组：ALSTOM(法国、瑞士)、哈尔滨电机厂(分包商)供货8台套VGS(德国VOITH-加拿大GE-德国SIEMENS)、东方电机厂(分包商)6台套。
定向凝固，如果有时间，下面再谈。
如果有兴趣，可以上网看一下这篇文章：一种美制航空涡轮叶片的选材和铸造工艺特点(3)内部等轴晶区:特点：晶粒比较粗大，晶界面积大，存在成分偏析。
晶粒位向各不相同，性能：没有方向性。
到此为止，我们已经讲了在凝固过程中铸件中宏观组织的变化，将来在以后专业课的讲解过程中，要用到这些知识，有些东西可能还要进一步讲解。
晶粒粗大：内部等轴晶发达，显微缩松较多，凝固组织不致密，性能较差；铸造成型的目的，得到尽可能细小的晶粒。
晶粒细小之后：杂质元素、非金属夹杂、显微缩松等分布非常分散，对性能影响有限，铸件机械性能好。
怎样才能得到晶粒非常细小的晶粒呢？下面的内容再介绍！1.3铸件宏观凝固组织形成机理在第一堂课的时候，咱们曾经讲过，铸件的宏观凝固组织有三部分组成：现在，通过前面的讲解，咱们可以非常容易的来分析这三个组织形成的原理一、表面细晶区形成机理：金属液浇入到铸型型腔中，铸型的温度非常低→对刚浇入的金属液产生强烈的激冷作用→型壁附近的金属液中形成非常高的过冷度→短时间内部产生大量的晶核→晶核快速长大并相互接触→最终形成细等轴晶区。
另一方面：由于靠近型壁，液体金属与固体金属以及与型壁之间存在溶质交流，固体表面不可避免的存在有一定的杂质，这些杂质能够进入到液体中，从而作为异质核心，大大增加了液体内晶核的数量，晶核数量：多生长速度：快从而有助于形成细等轴晶。
二、中间柱状晶区的形成机理柱状晶是在表面细晶粒区的基础上成长壮大起来的。
形成表面细晶粒区后，凝固的固体壳向外传热→垂直于型壁方向上散热速度非常快温度梯度最大→晶粒在这个方向上以树枝晶方式快速生长→树枝晶主干与型壁垂直→主干快速生长，树枝晶枝晶由于与传热方向不一致，因此生长速度大大降低→直至最后完全消失→最后形成互相平行垂直于型壁的柱状晶体。
上一堂课已经介绍过：晶体的生长速度与温度梯度，也就是与散热的速度成正比，因此，枝晶主干的择优生长就很容易进行解释。
R==-L Q Q L S ρLG G L L S S ρλλ-树枝晶：择优生长，枝晶在晶粒长大这个过程中逐渐被淘汰，主干的方向性越来越强，尺寸越来越大。
这个现象非常容易理解：有一句话：物竞天择，适者生存。
树枝晶的主干在型壁向外传热这一条件影响下，进行了垄断竞争，因此，得到了发展壮大。
如果上述趋势得不到遏制，树枝晶可以一直生长下去，直至型壁两端的柱状晶相互碰撞，形成穿晶。
三、内部等轴晶区的形成机理在型腔内部两端柱状晶之间，形成一定数量的晶核→这些晶核由于温度的降低→要逐渐长大→由于在中间部分散热的方向性降低，同时散热速度降低→导致这些晶粒生长的方向性降低→各向均匀长大→内部等轴晶粒。
由于晶粒数量有限，因此晶粒长大时间非常长， 晶粒相对于细晶区较大。
由此可看出，为了形成内部等轴晶区，必须有一定数量的晶核。
关键：晶核。
晶核是如何形成的？1） 过冷熔体非自发形核：正常情况下，平衡结晶温度应该一样，但由于溶质分配的结果，平衡结晶温度变化，而在溶液中温度应该逐渐升高，过冷度应该越来越小，但由于成分过冷，最大过冷度不在界面处，而出现在中间的部位，在这个部位可能会出现较多的结晶核心。
刚刚讲过：内生生长2）晶核卷入：浇注→金属液与浇道、型壁等接触→部分液体凝固，在后来浇入的金属液的作用下→这部分凝固的金属固体被冲刷掉而进入到金属液中，这部分固体一部分可能被溶化，而没有溶化的部分在液体中间就成为结晶核心。
3）型壁晶粒脱落和枝晶熔断：晶体以枝晶状生长时，其分枝也常出现细的缩颈。
因为分枝在生长过程中排出的溶质大量富集在侧面，阻碍侧面的生长，当偶然的凸出部分突破此层后，便进入较大的成分过冷区内，长出较粗大的分枝，在分枝处留下“缩颈”。
缩颈处熔点最低而又最薄弱，在温度起伏下最易熔断（图4-98），然后被液流卷入内部。
如来不及完全重熔，残余部分便在以后的凝固中起晶核作用。
4）晶粒分裂：熔断的树枝晶在高温金属液的作用下，进一步分裂成多个小晶体，这些均成为新的晶核。
由于上面所述的这几个原因，在柱状晶前面的金属溶液中产生大量的结晶核心，这些结晶核心出现后，随温度的降低逐渐长大，最后相互接触，形成内部等轴晶区，同时阻止了柱状晶向铸件中间的进一步发展。
1.4 铸件宏观组织的控制途径和措施控制：尽量减少柱状晶区，增加等轴晶区的比例，同时尽量细化等轴晶。
措施：增加生核能力。
改善冷却条件。
1.4.1 向溶液中加入强生核剂这种方法强调的是形核。
自发形核：难度非常大，而非自发形核与自发形核相比，难度要小得多。
球冠的大小与球体的大小相比，差1倍，2倍，也可能差几十倍，上百倍，成千上万。
由于自发形核的难度非常大了，所以在凝固过程中产生的晶核就非常少，尽管金属溶液中存在一定的杂质，但根据前面咱们的分析，杂质要作为非自发形核的基底，要满足一定的条件，但这个条件不一定能够满足，所以效果不一定好。
一般情况下，尽管能够促进，但效果可能有限。
杂质的作用：无意的作用，无意识的作用。
人要无意识的干某件事，尽管可能干的也不错，但只是偶然的，不是必然的，而作为工业生产，其生产工艺必须是有意识的，也就是说是有目的的有针对性的，这样才能达到最佳的效果。
在促进形核方面，有哪些工作可以做呢？在具体实践中，可以通过在溶液中加入强形核剂来细化晶粒。
1）生核剂产生作用的形式：（1）直接作为外加晶核的生核剂：要求：与预细化相具有界面共格对应的高熔点物质、同类金属、非金属碎粒。
特点：与预细化的相之间的界面能和湿润角小，直接作为有效衬底促进非自发形核。
具体实例：高锰钢中加入锰铁，细化高锰钢的奥氏体组织。
铸铁中加入石墨粉：增加铸铁中的石墨数量，降低石墨尺寸。
悬浮铸造：大型钢铸件中随浇注加入微细钢粉末。
初生硅细化(2) 生核剂中的某个元素能与液态金属中的某个元素形成化合物：这种化合物应该具有如下的几个特点：稳定、较高熔点，这些化合物与预细化相之间具有共格对应关系和较小的界面能（三个条件）。
弥散分布。
不产生有害的作用具体实例：刚中加入钒铁或钛铁、铌铁、金属锆、铝等：钛或钒与钢中的碳或氮能够形成高熔点的碳化物或氮化物。
这些碳化物：熔点在1700度左右。
碳化钛、碳化钒：稳定：不容易分解钢中细化晶粒常用的方法。
复合锤头：锤柄结构：工作状况：头部：耐磨，锤柄：韧性要好。
但一种材质比较难达到。
有：高锰钢，但是耐磨性不够。
头部：高铬铸铁：材质：碳0.22~3.2；铬：13~18，钼：1~2；铜：0.5~1%。
性能特点：硬度非常高，但韧性非常差，整体作锤头不能达到要求。
锤柄：中碳钢：碳：0.35左右。
韧性非常好了。
但有一个问题：必须保证两者能够很好的结合。
中碳钢的韧性应该是非常好的，但在使用过程中，出现断裂的问题。
主要原因，锤柄在生产过程中经过反复高温加热，晶粒非常粗大，导致韧性大幅度降低，加上锤头的冲击力非常大，所以出现断裂，为此采用在浇注前在浇包里加钛铁，细化晶粒，很好的解决了这一问题。