均匀形核（金属学术语之一）

简介

对液体的一种简单而实用的看法是将其想像为随机分布的硬球构成。液体中原子间的距离与晶态相相近，但在液相中每个原子的平均最相邻原子数比晶体的少。因而结构较为开放，并且其原子比固态有较大的活动性。整个液体内布满着细小的、紧密堆垛的、堆垛排列与固态相似的原子团。由于结构的开放性，这些原子团可快速地形成与消散。原子团尺寸与稳定性之间的关系取决于温度。

为导出一种简单的有关尺寸与稳定性之间关系的计算法，我们作两个假设。第一，原子团与液体间界面的能量为各向同性的，即与形成此界面的特定晶面无关。这样的限制暗示形成的相是球形的。第二，单位表面的界面能与固相尺寸无关。虽然大多数情况下转变产物的显微结构并不是球状的，但采用简单的几何形状的模型，经过不大的修改就可应用于实际系统。

与液-固转变相关的自由能变化包含着两个特定的部分：第一部分是与形成液-固界面相关的能量变化，第二部分是液、固相体积自由能的差别。球形颗粒的总界面能是界面积（

第二项能量项是体积自由能。它是固相和液相的自由能差乘以颗粒的体积。对于

总的自由能变化为表面能项与体积自由能项之和。加和的结果如下图（c）所示。要注意这两个能量项朝着相反的方向变化。开始时r面积项起支配作用，当颗粒变得比较大时总自由能量增加。然而，一旦达到临界半径后，r体积项就开始起支配作用，颗粒半径进一步增加导致系统自由能下降。这样，就存在一个稳定核的临界半径，即较小的将溶入液相而较大的颗粒将继续长大。

均匀形核

临界晶核半径

前面指出，在过冷的液体中并不是所有的晶胚都可以转变成为晶核，只有那些尺寸等于或大于某一临界尺寸的晶胚才能稳定的存在，并能自发地长大。这种等于或大于临界尺寸的晶胚即为晶核。为什么过冷液体形核要求晶核具有一定的临界尺寸，这需要从形核时的能量变化进行分析。

在一定的过冷度条件下，固相的自由能低于液相的自由能，当在此过冷液体中出现晶胚时，一方面原子从液态转变为固态将使系统的自由能降低，它是结晶的驱动力；另一方面，由于晶胚构成新的表面，形成表面能，从而使系统的自由能升高，它是结晶的阻力。若晶胚的体积为V，表面积为S，固、液两相单位体积自由能差为

晶粒半径与△G的关系

由能的减小将占优势。于是在

充要条件

晶胚尺寸达到临界尺寸

综上所述，

析出方式

只要增强体与析出相之间没有化学交互作用，均匀形核的析出相不会受增强体的影响。在Al—Li合金中，独立地在结构缺陷处形核的共格

基本规律

均匀形核理论可以用一系列公式及图形表示，利用这些公式进行定量计算与实际情况会有较大的差别，但是可利用均匀形核理论对一些相变问题进行定性解释。根据简单的模型，得到下面关于固态相变形核的一些基本规律：

①只有

②在形核过程中存在一个极值尺寸的晶核

③如果形成晶核尺寸小于

④如果形成晶核尺寸等于

⑤减少界面能及应变能，均可使临界形核功变小，易于形核。

⑥当形核尺寸大于

⑦因为形核率，与温度呈指数变化关系，当

⑧对加热转变（如钢中珠光体向奥氏体转变）形核率随过热度增加而急剧上升，不会出现极值现象。