金属结晶的现象

如果我们把熔融的金属液体防入一个散热缓慢的容器中，让金属液体以极其缓慢的速度进行冷却，同时记录其温度—时间变化曲线即冷却曲线。通过对冷却曲线的分析，我们可以了解以下一些现象。
1、结晶过程伴随着潜热的释放从冷却曲线上可以见到一个结晶温度平台，这说明在该时间段内，金属内部有热量释放弥补了热量的散失，我们把这个热量称为结晶潜热。冷却曲线上结晶平台的温度称为实际结晶温度T0。
2、结晶时液体必须具有一定的过冷度
在结晶发生时，实际结晶温度并不是金属的熔点。如果我们把金属的熔点称为理论结晶温度的话，那么实际结晶温度要低于理论结晶温度。这两者之差称之为过冷度ΔT，ΔT 随着冷却条件和液体杂质的含量不同，可以在很大的范围内变化。但是对于一定的金属液体来说，ΔT 存在着一个最小值称为亚稳极限ΔT*。如果过冷度小于这个值，结晶几乎不能进行或以难于察觉的速度进行，液体可以长期保持在亚稳状态；大于这个值，液体才能以可观的速度进行着结晶。这个极限值与液体的纯洁程度有着很大的关系，最高可达熔点的0.2左右，即ΔT*=0.2Tm。
金属结晶时，是一个系统能量降低的过程。在理论结晶温度时，液态金属的自由能与固态金属的自由能相等，所以结晶不能进行。只有当温度低于熔点时，固态自由能低于液态的自由能，结晶才能进行。液态金属与固态金属的自由能之差，就是促使这个转变进行的驱动力。
两相的自由能差ΔGV与过冷度ΔT成正比，过冷度越大，结晶的驱动力ΔGV越大。由此可见，要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要使实际结晶温度低于理论结晶温度，才能满足结晶的热力学条件。同时，过冷度越大，结晶驱动力越大，结晶速度越快。