第二章 金属材料组织与性能的控制(新增)
第2章金属材料组织和性能的控制
共析钢［w （C ） = 0.77%］平衡结晶过程 ☆老师提示：重点内容 室温平衡组织 全部为P 。
P 呈层片状。
2.1纯金属的结晶条件：温度必须低于T o ,也就是说要有一定的过冷度。
结晶过程：形核（自发形核；非自发形核）与长大（平面长大（冷却速度较慢；沿密排面的垂直方向上的长大速度最慢，而 非密排面的垂直方向上的长大速度较快 ）；树枝状长大（冷却速度较快；晶体的棱角和棱边的散热条件比面上的优越，因而 长大较快，成为伸入到液体中的晶枝 ））。
金属的同素异构转变与液态金属的结晶过程相似，故称为二次结晶或重结晶铸锭的结构：细等轴晶区（锭模温度不高，传热快，外层金属受到激冷，过冷度大，生成大量的晶核。
同时模壁也能起非自 发晶核的作用）；柱状晶区（锭模温度升高，液体金属的冷却速度降低，过冷度减小，生核速率降低，但此时长大速度受到的影响较小。
结晶时，优先长大方向（即一次晶轴方向）与散热最快方向（一般为往夕卜垂直模壁的方向）的反方向一致的晶 核向液体内部平行长大，结果形成柱状晶区）；粗等轴晶区（随着柱状晶区的发展，液体金属的冷却速度很快降低，过冷度大大减小，温度差不断降低，趋于均匀化；散热逐渐失去方向性，所以在某个时候，剩余液体中被推来和漂浮来的、以及从 柱状晶上被冲下的二次晶枝的碎块，可能成为晶核，向各个方向均匀长大，最后形成一个粗大的等轴晶区 ）结晶理论的工程应用单晶的制取：尖端形核法制取单晶；垂直提拉法制取单晶。
2.2 合金的结晶匀晶反应特点：生核与长大过程；变温结晶（在一个温度区间内结晶）；两相的成分确定；两相的质量比一定；容易产生枝晶偏析（在一个晶粒内化学成分的分布不均的现象；先结晶的树枝晶晶枝含高熔点组元较多 ，后结晶的树枝晶晶枝含低熔点组元较多；扩散退火来消除）共晶反应：组织组成物是指合金组织中那些具有确定本质 ，一定形成机制的特殊形态的组成部分。
组织组成物可以是单相，或是两相混合物。
L T a + 3包晶反应：L+ 3 a ；共析反应：Y T （a +3 ）；含有稳定化合物的合金的结晶 合金的性能与相图的关系： 固溶体的性能与溶质元素的溶入量有关 ，溶质的溶入量越多，晶格畸变越大，则合金的强度、硬度越高，电阻越大。
第2章 金属材料的组织与性能控制
1. 同素异构转变。 2. 匀晶相图的分析方法。 3. 合金相图与性能的关系。
思考题
1. 为什么要生产合金？与纯金属相比，合金有哪些优越性？ 2. 固溶体中，溶质元素含量增加时，其晶体结构和性能会发生什么变化？ 3. 试比较共晶反应和共析反应的异同点。 4. 为什么铸造合金常选用接近共晶成分的合金，而压力加工的合金常选用
ES线：C在A中的固溶线
PQ线：C在F中的固溶线
2．铁碳合金的平衡结晶过程
Fe-C 合金分类
工业纯铁 —— C % ≤ 0.0218 %
钢 —— 0.0218 % ＜ C % ≤ 2.11 % 亚共析钢 ＜ 0.77 % 共析钢 ＝ 0.77 % 过共析钢 ＞ 0.77 %
白口铸铁 —— 2.11 % ＜ C % ＜ 6.69 %
室温组织
F + Fe3CⅢ (微量)
500×
(2)共析钢 ( C % = 0.77 % )结晶过程
P中各相的相对量：
Fe3C % = ( 0.77 – xF ) / ( 6.69 – xF )
≈ 0.77 / 6.69 = 12 %
F % ≈ 1 – 12 % = 88 %
珠光体
强度较高，塑性、韧性和硬度介于 Fe3C 和 F 之间。
Ni 80 100
匀晶合金的结晶过程
L
T,C
T,C
L
1500
1455
L
1400 1300
c
a
L+
匀晶转变 L
1200d
1100 1000 1083
b
L
C匀u 晶合金与纯金属不同，它没有一个恒定的N熔i 点，
金属材料组织和性能控制应变强化课件
锻造工艺
通过锻锤或压力机对金属 材料进行塑性变形，以提 高其力学性能和减少缺陷 。
挤压工艺
通过挤压机对金属材料进 行塑性变形，以获得更加 致密的金属结构。
表面处理工艺
喷涂技术
通过喷涂一层耐磨、耐腐 蚀的涂层，提高金属材料 的表面性能。
电镀技术
通过电化学方法在金属表 面沉积一层金属或合金， 以提高其耐腐蚀性和导电 性。
耐腐蚀性
金属抵抗腐蚀的能力。
抗氧化性
金属抵抗氧化的能力。
化学稳定性
金属在化学反应中保持其组成和 性质的能力。
热稳定性
金属在高温下保持其组成和性质 的能力。
03
应变强化机制
加工硬化
总结词
加工硬化是指金属材料在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，材料的屈服强度和硬度逐渐提高，塑性和韧性 逐渐降低的现象。
热喷涂技术
通过将熔融状态的金属或 合金喷射到金属表面，形 成一层具有特殊性能的涂 层。
05
应变强化材料的性能优化
材料成分优化
总结词
通过调整材料的化学成分，可以显著影 响其力学性能和加工性能。
VS
详细描述
通过添加合金元素或改变主元素的含量， 可以改变材料的强度、韧性、耐腐蚀性、 高温性能等。例如，在钢中添加铬可以提 高其耐腐蚀性，而添加镍则可以提高其强 度和韧性。
详细描述
汽车工业是一个高度竞争和不断发展的领域 ，对材料性能的要求非常严格。应变强化金 属材料，如高强度钢和铝合金，由于其优良 的力学性能和成形能力，被广泛应用于制造 汽车结构件、安全件和加强件。通过应变强 化工艺，这些材料的强度和刚性得到显著提
高，从而提高了汽车的安全性和耐久性。
航空航天工业
第2章 金属材料组织和性能的控制
第2章金属材料组织和性能的控制内容提要：本章介绍金属材料组织和性能的影响因素及其控制方法，包括纯金属的结晶、合金的结晶、金属的塑性加工、钢的热处理、钢的合金化、表面技术等内容。
纯金属的结晶部分主要介绍纯金属结晶的条件和结晶过程，同素异构转变，细化铸态金属晶粒的措施。
合金的结晶部分主要介绍发生匀晶反应的合金的结晶过程和发生共晶反应的合金的结晶过程。
铁碳合金的结晶部分主要介绍铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程。
并介绍铁碳合金的成分-组织-性能关系。
金属的塑性加工部分主要介绍金属塑性变形的微观机理、塑性变形对金属组织和性能的影响，以及再结晶对金属组织和性能的影响。
钢的热处理部分主要介绍热处理的原理和热处理工艺（退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理），以及钢的热处理新技术。
钢的合金化部分主要介绍合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能、工艺性能的影响。
表面技术部分介绍电刷镀、热喷涂、气相沉积、激光表面改性等新技术。
学习目标：本章是工程材料课程的重点章。
着重掌握以下内容：铁碳相图、典型铁碳合金的平衡结晶过程，杠杆定律，铁碳合金的成分-组织-性能关系。
过冷奥氏体的等温转变（C曲线）、过冷奥氏体的连续冷却转变，钢的淬透性、淬硬性。
退火、正火、淬火、回火、表面热处理和化学热处理等热处理工艺。
合金元素在钢中的作用，合金元素对钢的热处理、钢的机械性能的影响。
熟悉纯金属、合金的结晶、金属的塑性加工、再结晶对金属组织和性能的影响规律。
表面技术部分作一般了解。
学习建议：1．本章阐述了金属材料组织与性能的影响因素和规律，是工程材料学的基本理论基础。
本章是课程的重点，需要扎扎实实地学习好，掌握金属材料组织与性能的主要影响因素和规律，为后面学习金属材料知识打好基础。
2．本章内容多，按排学习学时应多一些。
本章中有一些难点和重点，要着重理解。
学习时可以安排几次讨论。
3．若有条件，参观机械厂、热处理厂，以便对金属材料的生产和加工过程有所了解。
金属材料组织和性能的关系
金属材料组织和性能的关系摘要：关键词：金属材料一般是指纯金属和具有金属特征的合金材料。
金属材料大致可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要就是指钢铁产品，众所周知这也是目前我国工业化生产过程中最普遍和重要的金属材料。
相比黑色金属，有色金属在我国因其含量较少且加工难度相对而言比较大，使用范围就有所局限，所以它只会用于特殊零件的生产。
金属材料种类众多，性能各异，由此看来，在机械加工的过程中要根据实际需要选择合适的金属材料和加工工艺，就需要我们尽可能多地掌握金属材料的组织和性能及两者之间的关系。
1金属材料组织与使用性能之间的关系使用性能，顾名思义就是金属材料在应用过程中所展现出来的性能，主要包含力学性能、物理性能和化学性能，使用性能直接决定了金属材料的应用环境和使用寿命。
1、1金属材料组织与力学性能之间的关系力学性能是金属材料在承受外来载荷时所体现出来的性能。
就拿最常接触的铁碳合金来说它有5种基本组织，分别为铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。
铁素体强度和硬度低，塑性和韧性好；奥氏体塑性好，适合压力加工，强度和硬度比较高；渗碳体是铁和碳所组成的金属化合物，硬度高、脆性大；珠光体是铁素体和渗碳体组成的其力学性能介于两者之间；莱氏体是奥氏体和渗碳体组成的，其硬度高、塑性差。
可见不同的材料组织在性能上会有明显差异，碳含量低，它的强度和硬度就低，可是其塑性和韧性却相反。
随着碳含量的增加，材料组织中珠光体的量变多，也就使得钢的强度和硬度增加，当然塑性和韧性就会有所降低。
总的来说，不论是通过上述方法还是采用冷拉拔或热处理等方法改变金属材料的组织，都会使得原材料展现出与之前完全不同的性能。
1、2金属材料组织与物理性能之间的关系不同的金属材料是有其使用范围的，它会在不同的条件下表现出不同的物理性能，比如钢在1538。
C时会由固体状态向液体状态转变。
导热性是金属材料重要的物理性能，金属材料导热性比非金属好，金属中导热性最好的莫过于银，但在实际生产中我们会选择性价比更高的铜或铝来做原材料。
第二篇 金属材料组织和性能的控制
第二篇金属材料组织和性能的控制第一章金属的结晶（crystallize）1.1.本章内容（1）（1）金属结晶的基本概念；（2）（2）金属的结晶过程；（3）（3）晶粒度；（4）（4）铸锭的结构。
2.2.本章重点（1）（1）过冷度的概念，过冷度对结晶过程的影响规律；（2）（2）结晶的基本过程；（3）（3）获得细晶粒的方法。
3.3.本章学时安排计划2学时。
4.4.本章作业P8，（五）3、4、5§1-1金属结晶的概念一、一、结晶的概念：钢材经过冶炼、注锭、轧制、锻造、机加工和热处理等工艺过程。
1．1．结晶：生产上将金属的凝固(solidify，solidification)叫做结晶。
2．2．近程有序：在液体金属内部，在短距离的小范围内，原子做近似于固态结构的规则排列，即存在近程有序的原子集团。
3．3．长程有序：金属由液态转变为固态的凝固过程，实质是就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程。
4．4．结晶过程：金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。
5．5．一次结晶：金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶。
6．6．二次结晶：金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称之为二次结晶。
二、结晶的条件：金属必须达到一定的过冷度。
①交点对应温度T处，液态和固态自由能相等，液态和固态长期共存，处于动平衡状态。
②T0为理论结晶温度或熔点，液态金属要结晶，就必须处于T温度以下，即金属必须过冷（over-cooling，supercooling；指液态金属实际冷却到结晶温度以下而暂不结晶的现象）③过冷度（degree of supercooling；理论结晶温度T与实际结晶温度Tn的差）对应的自由能差ΔF是使液体结晶的动力。
④只F大于建立晶体界面所需的表面能A 时，结晶过程才能进行。
三、1.过冷度可以由冷却曲线测定，平台处放出结晶潜热，平衡向外界散热。
金属材料组织与性能的控制概述
固态相变的晶界形核
铸锭结构
铸锭结构不均匀;主要分三个典型晶区：
细等轴晶区 在金属的表层形成的一层厚度不大、晶粒
很细、三维方向尺寸相近的区域； 原因：由于外层金属的过冷度大，模壁具有自发
形核的作用，因而导致生成的晶核多；
➢ 柱状晶区
表层细晶粒层形成后，铸锭的冷却速度下降 ，晶核的形成速率不如成长率大，各晶粒成长 较快。由于沿垂直于模壁方向散热较快，故晶 粒编沿这一方向长大，形成柱状晶粒层。
形成的细小分散的缩孔。
• 在热轧过程中疏松可以闭合
纯金属的结晶－结晶理论的工程应用
工程应用：
细化铸铁金属晶粒 定向结晶 制取单晶
纯金属的结晶－结晶理论的工程应用
➢ 细化晶粒 • 基本定义
晶粒度:用于描述晶粒大小的参数; 常用的表示方法：单位体积的晶粒数目（ZV） ；或单位面积内的晶粒数目（ZS）或晶粒的平 均线长度（或直径）表示;
纯金属的结晶－结晶理论的工程应用
过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率 和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高 了N与G的比值，晶粒变细。
金属在结晶后的晶粒粗细与（N/G）有关
–（N/G）越大 –（N/G）越小
晶粒越细 晶粒越粗
纯金属的结晶－结晶理论的工程应用
但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困 难。
纯金属的结晶－结晶理论的工程应用 措施：
振动 在金属结晶过程中采用机械振动、超声振
动等，以破碎晶体，获得更多的晶核，细化晶 粒。
电磁搅拌 将正在结晶的金属放入交变电磁场中，由
于电磁感应，液态金属会翻滚，从而破坏正在 结晶的树枝状晶体的枝晶，增加形核数目，细 化晶粒。
第2章 金属材料的组织与性能控制a
P21，图1-17
（4）残余内应力 —— 由金属内部不均匀变形引起
残余内应力的危害 引起零件加工过程变形、开裂。 耐蚀性↓
2.3.2 塑性变形后的金属在加热时 组织和性能的变化
1．回复 2．再结晶 3．晶粒长大
黄铜中的孪晶
2．多晶体的塑性变形
晶界原子排列较不规则，阻碍位错运动，使形抗力增大。 晶粒小 → 晶界多 → 变形抗力大 → 强度，硬度↑（细晶强化） 晶粒小 → 变形分散，应力集中小 → 塑性↑，韧性↑
3．塑性变形对金属组织和性能的影响 (1) 晶粒拉长，纤维组织 → 各向异性 (沿纤维方向的强度、塑性最大）
最低再结晶温度 TR 纯金属 TR =（0.4 ~ 0.35）T0 合金 TR =（0.5 ~ 0.7）T0 温度单位：绝对温度( K )
预变形度对TR的影响
再结晶后的晶粒度 加热温度 T ↑ → 晶粒直径 D↑ 预变形度的影响
3. 晶粒长大
加热温度 T 和 加热时间 t ↑ → 晶界迁移、晶粒合并长大。
作业2b 参考答案 P 9-10
2. 14) 珠光体的本质是： 层片状的共析体( F + 共析 Fe3C )
15) 一块纯铁在912℃发生α- Fe γ- Fe 转变时，体积将 减小。
16) 在铁碳合金室温平衡组织中，含Fe3CII最多的合金成分点为：2.11% ，含 Le′最多的合金成分点为：4.3%
1. 回复
塑性变形后的金属在低温加热时，发生回复过程（去应力退火） ： 位错和点缺陷大大↓，内应力显著↓ ，强度、硬度略有↓ 。
回复温度 =（0.25 ~ 0.3 ）T0
汽车应用材料第二章2金属材料的组织性能控制热处理PPT课件
(二) 钢的普通热处理
1．退火 2．正火 3．淬火 4．回火
1、退火
加热、保温后，缓冷(炉冷)→ 近平衡组织 P （ + F 或 Fe3CII ）
目的：1）降低硬度以利于切削加工； 2）提高塑性以利于塑性加工成型； 3）细化晶粒以提高力学性能； 4）消除应力以防工件变形或开裂。
退火一般作为改善工艺性能的预备热处理。
第二章 金属材料
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第二节 金属材料的组织和性能控制
一. 钢的热处理 二. 钢的合金化 三. 表面技术
一. 钢的热处理
(一) 热处理的概念与原理 1. 钢在加热时的转变 2. 钢在冷却时的转变
M ~ M 过冷A →马
P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C
珠光体 P 索氏体 S
索氏 体S
屈氏体 T
8000
层片间距：P > S > T
×
珠光体 P ，
屈氏 体T 8000
×
中温转变（550℃ ~ MS） —— C原子扩散， Fe原子不扩散
过冷A → 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ） 上B， 550 ~ 350℃产物 —— 羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。 上B 强度和韧性差
Ar1、Ar3、Arcm
奥氏体的形成 —— Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。 共析钢加热到Ac1 以上时， P → A 共析钢A化过程 —— 形核 、长大、 Fe3 C 完全溶解、 C 的均匀化。
亚（过）析钢的A化 —— P → A 后，先 共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。
工程材料——金属材料组织和性能控制课件
通过添加合金元素，可以形成具有不 同性能的合金相。合金相的组成和结 构决定了其物理、化学和机械性能。
金属的显微组织与织构
显微组织
金属的显微组织决定了其宏观性能。通过控制显微组织的形 貌、分布和相对含量，可以优化金属材料的性能。常见的显 微组织包括固溶体、金属化合物和机械混合物。
织构
金属的织构是指其晶体取向与外力方向之间的关系。织构对 金属材料的力学性能、电磁性能和加工性能具有重要影响。 织构的控制方法包括塑性变形、热处理和合金化等。
所需形状的工艺。
铸造工艺分类
根据铸造过程中金属的熔炼和浇注 方式的不同，铸造工艺可分为砂型 铸造、金属型铸造、压力铸造等。
铸造工艺的应用
铸造工艺广泛应用于机械、汽车、 航空航天、船舶等行业的零件制造。
金属材料的塑性加工工 艺
塑性加工工艺简介
塑性加工是一种通过施加外力使金属材料发生塑性变形，从而获 得所需形状和性能的工艺。
导热性能良好的金属可以 快速传递热量。
金属材料的化学特性
耐腐蚀性
化学稳定性
金属材料的耐腐蚀性取决于其抵抗氧 化和酸碱腐蚀的能力，一些金属材料 如不锈钢具有较好的耐腐蚀性。
金属材料在化学反应中的稳定性，决 定了其在特定环境下的化学行为和反 应。
抗氧化性
金属材料在高温下与氧气反应的能力， 抗氧化性能决定了金属在高温环境下 的使用寿命。
03
金属材料的性能控制
金属材料的力学性能
强度
金属材料在受到外力作用时抵抗变形和断 裂的能力，包括抗拉强度、抗压强度等。
塑性
金属材料在受到外力作用时发生屈服而不 发生断裂的能力。
韧性
金属材料在受到外力作用时吸收能量、抵 抗冲击的能力。
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3、晶核的长大方式
晶核的长大方式有两种， 即均匀长大和树枝状 长大。
实际金属结晶主要以树 枝状长大.因晶核棱 角处的散热条件好， 生长快，先形成一次 轴，一次轴又会产生 二次轴…，树枝间最 后被填充。
树枝状长大的实际观察
2020/6/19
树枝状结晶
金 属 的 树 枝 晶
冰
金
的
属
树
的
枝
树
晶
枝
晶
金 属 的 树 枝 晶
一、相图分析
相图由两条线构成，上 面是液相线，下面是固 相线。
相图被两条线分为三个 相区，液相线以上为液 相区L ，固相线以下为 固溶体区，两条线之间 为两相共存的两相区 （L+ ）。
L
液相线 L
+
固相线
Cu
成分（wt%Ni）
Ni
二、合金的结晶过程
除纯组元外，其它成分合金结晶过程相似，以Ⅰ合
3、物理方法: 振动、搅拌等
2.2 二元合金相图 一、相图的意义及几个名词的涵义
合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析. 相图:是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明
图解。又称状态图或平衡图。 相图表示了在缓冷条件下不同成分合金的组织随温度变化的规律，
是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。
1、组元是指组成合金的最简单、最基本、能够独立存
在的物质。
2、合金系是指由两个或两个以 上元素按不同比例配制的一系
列不同成分的合金。多数情况
L
温度（℃）
下组元是指组成合金的元素。
但对于既不发生分解、又不发
生任何反应的化合物也可看作
组元,
如Fe-C合金中的Fe3C。 根据组元数, 分为二元相图、三元
自由能（G）：物质中能够自动向 外界释放出其多余的或能够对 外作功的这一部分能量。
理论结晶温度（Ｔ0 ）：结晶速度 与溶解速度相等时所对应的温 度(Ｆ液=Ｆ晶）。
结晶驱动力△Ｆ＝Ｆ液－Ｆ晶
§2-1-2 纯金属的结晶过程
1、结晶的基本过程 结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本过程组成. 液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时
8
二、结晶时晶核的形 成和成长过程
结晶过程：晶核的形 成和成长（晶核分 自发晶核与外来晶 核）。
成长方式：枝晶成长。
缺陷的形成：在枝晶成长过程中，由于液体的流动，枝轴本身 的重力作用和彼此间的碰撞，以及杂质元素的影响等种种原因， 会使某些枝轴发生偏斜或折断，以致造成晶粒中的嵌镶块、亚 晶界、位错等。
2.1 纯金属的结晶 结晶的概念 物质由液态转变为固态的
过程称为凝固。 物质由液态转变为晶态的
过程称为结晶。 物质由一个相转变为另一
个相的过程称为相变。因 而结晶过程是相变过程。
玻璃制品 水晶
§2-1-1 冷却曲线和过冷现象
冷却曲线：金属结晶时温度与时间的关系 曲线称冷却曲线。曲线上水平阶段所对 应的温度称实际结晶温度T1。
界点标在温度-成分坐标中的成分垂线上。 4. 将垂线上相同意义的点连接起来，并标上相应的数字和字母。
相图中,结晶开始点的连线叫液相线。结晶终了点的连线叫固相线。
§2-2-2 匀晶相图
两组元在液态和固 态下均无限互溶时 所构成的相图称二 元匀晶相图。
以Cu-Ni合金为例 进行分析。
Cu-Ni合金相图
金为例说明。
当液态金属自
L
高温冷却到 t1 温度时，开始
结晶出成分为
1的固溶体，
其Ni含量高于
合金平均成分
这种从液相中结晶出单一固相的转变称为匀晶转变 或匀晶反应。
随温度下降， 固溶体重量增 加，液相重量 减少。同时， 液相成分沿液 相线变化，固 相成分沿固相 线变化。
成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3 时，最后一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时
相图和多元相图。
Cu 成分（wt %Ni） Ni
Cu-Ni合金相图
二、二元相图的建立
几乎所有的相图都是通过实验得到的，最常用的是 热分析法。
二元相图的建立步骤为：[以Pb-Sn 为例] 1. 配制不同成分的Pb-Sn合金。 2. 测出各合金的冷却曲线,找出曲线上的临界点（停歇点或转折点）. 3.建立坐标系（纵坐标：温度，横坐标：成分），作成分垂线,将临
聚时散，称为晶坯。在T0以下, 经一段时间后(即孕育 期), 一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。 晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。 晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个 晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。
2、晶核的形成方式 形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。 由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核（自发晶核）。 以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核（外来晶核）。 非均匀形核更为普遍。
曲线上水平阶段是由于结晶时放出结晶潜 热引起的.
结晶只有在T0以下的实际 结晶温度下才能进行。
过冷：液态金属在理论结晶温度以下开始 结晶的现象称过冷。
过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的 差T称过冷度 T= T0 –T1
过冷度大小与冷却速度有关，冷速越大， 过冷度越大。
纯金属都有一个理论结晶温度 T0(熔点或平衡结晶温度)。在该 温度下, 液体和晶体处于动平衡分坐标系：
二元相图采用两个坐标轴, 纵坐标用来表示温度,横坐 标用来表示成分。令A和B 代表合金的两个组元,则横 坐标的一端代表纯组元A, 另一端代表纯组元B,任何 一个由A,B二组元组成的合 金,其成分都可以在横坐标 上找到相应的一点---坐标 系中的点称表象点.
三、影响晶核的形成和成长速率的因素
过冷度 影响因素
液体中的不熔杂质 表面细晶粒层
四、金属铸锭的组织
柱状晶粒层 中心等轴晶粒层
细晶组织机械性能较粗晶好。
铸造时细化晶粒的主要方法
1、增加冷却速度: 例如：由砂型铸造改为金 属模铸造，可以提高铸件的力学性能。
2、变质处理: 例如铸铁和铝硅合金（前者加 Si-Fe合金，后者加NaF+NaCl混合盐)
固溶体的成分又变 回到合金成分3上 来。
液固相线不仅是相 区分界线, 也是结晶 时两相的成分变化 线；匀晶转变是变 温转变。
三、二元相图的 杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的
成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。
现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律：