在(zai)加壓(ya)(ya)冶(ye)煉過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)控制對(dui)(dui)保(bao)障高(gao)氮鋼具(ju)(ju)備(bei)致(zhi)密的(de)(de)(de)宏觀(guan)(guan)組(zu)織和(he)(he)優異性能(neng)尤(you)為重要(yao)。目前(qian)，經證實，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)主要(yao)通過(guo)(guo)兩種方式(shi)(shi)對(dui)(dui)凝(ning)(ning)固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)和(he)(he)組(zu)織產生(sheng)(sheng)影響：一種方式(shi)(shi)是宏觀(guan)(guan)尺(chi)度上機械作(zuo)用(yong)導(dao)致(zhi)的(de)(de)(de)物理變(bian)化(hua)，如改變(bian)鑄(zhu)錠和(he)(he)鑄(zhu)型間的(de)(de)(de)熱(re)交(jiao)換、冷卻(que)速(su)率(lv)以(yi)及充型過(guo)(guo)程(cheng)的(de)(de)(de)控制等，另一種方式(shi)(shi)是微觀(guan)(guan)尺(chi)度上的(de)(de)(de)熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數變(bian)化(hua)，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)作(zuo)為基本(ben)熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數之一，對(dui)(dui)有(you)氣相(xiang)(xiang)參與的(de)(de)(de)冶(ye)金反(fan)應(ying)和(he)(he)凝(ning)(ning)固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)具(ju)(ju)有(you)十分重要(yao)的(de)(de)(de)影響；增加壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)在(zai)提高(gao)冶(ye)金反(fan)應(ying)速(su)率(lv)的(de)(de)(de)同時(shi)，能(neng)夠顯(xian)著增加鋼液(ye)中(zhong)(zhong)氮、鈣和(he)(he)鎂的(de)(de)(de)溶解度，提高(gao)其收得率(lv)，進(jin)而(er)充分發揮其凈化(hua)鋼液(ye)或合金化(hua)作(zuo)用(yong)；在(zai)低壓(ya)(ya)凝(ning)(ning)固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)對(dui)(dui)相(xiang)(xiang)圖、凝(ning)(ning)固(gu)熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數的(de)(de)(de)影響可以(yi)忽略不計，但在(zai)高(gao)壓(ya)(ya)下(xia)，相(xiang)(xiang)圖、凝(ning)(ning)固(gu)熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)(xue)參數隨之發生(sheng)(sheng)改變(bian)，進(jin)而(er)改變(bian)常規條件下(xia)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固(gu)模式(shi)(shi)，從(cong)而(er)有(you)利于一些新相(xiang)(xiang)或新材料結(jie)構的(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)成(cheng)。

  壓(ya)(ya)(ya)力(li)對(dui)材(cai)料(liao)組織和性能(neng)的(de)影(ying)響已經(jing)引起(qi)了廣泛關(guan)注(zhu)，自(zi)諾貝(bei)爾獎獲得者Bridgman 開展相(xiang)(xiang)關(guan)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)以來,材(cai)料(liao)熱(re)力(li)學(xue)和動(dong)力(li)學(xue)參(can)數隨壓(ya)(ya)(ya)力(li)的(de)變化規(gui)律就已經(jing)得到了大(da)量研(yan)(yan)究(jiu)(jiu),這(zhe)(zhe)些(xie)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)主(zhu)要(yao)采用相(xiang)(xiang)圖計算(suan)（calculation of phasediagram,CALPHAD)的(de)方式完成，且主(zhu)要(yao)集中在有色金(jin)屬合(he)金(jin)材(cai)料(liao)方面，如(ru)Bi-Sb、Al-Ge、Al-Si、Al-Zn和Cd-Zn等;所(suo)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)的(de)熱(re)力(li)學(xue)和動(dong)力(li)學(xue)參(can)數主(zhu)要(yao)包括相(xiang)(xiang)圖、摩爾體積(ji)、共(gong)晶溫(wen)度、初始轉變相(xiang)(xiang)類(lei)型、共(gong)晶點成分、晶粒形核(he)以及擴散系數等方面。研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)表明(ming)，高壓(ya)(ya)(ya)下（數量級(ji)約為10GPa)的(de)熱(re)力(li)學(xue)和動(dong)力(li)學(xue)參(can)數與常壓(ya)(ya)(ya)下存在明(ming)顯(xian)差異(yi),而(er)這(zhe)(zhe)些(xie)差異(yi)有助(zhu)于闡明(ming)壓(ya)(ya)(ya)力(li)對(dui)組織的(de)影(ying)響機理。

  同(tong)樣(yang)，在壓力(li)(li)(li)(li)影響鋼(gang)鐵(tie)(tie)熱力(li)(li)(li)(li)學和(he)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)學參(can)(can)數(shu)方(fang)面，有(you)(you)研究人員初步探討了鋼(gang)鐵(tie)(tie)材(cai)(cai)料在高(gao)(gao)壓下的相(xiang)(xiang)(xiang)轉變、固(gu)／液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)線溫度和(he)擴散系(xi)數(shu)等。所選體(ti)系(xi)有(you)(you)Fe-C和(he)Fe-Mn-C(高(gao)(gao)錳鋼(gang)）等。高(gao)(gao)壓下的Fe-C相(xiang)(xiang)(xiang)圖見圖2-91,隨著(zhu)壓力(li)(li)(li)(li)增大，鐵(tie)(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)α和(he)δ區域(yu)(yu)不斷減小，奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ區域(yu)(yu)不斷增大，當壓力(li)(li)(li)(li)增加至2000MPa時，鐵(tie)(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)α和(he)8區域(yu)(yu)幾乎消失。但(dan)與(yu)有(you)(you)色金(jin)屬(shu)方(fang)面相(xiang)(xiang)(xiang)比(bi)，壓力(li)(li)(li)(li)對(dui)鋼(gang)鐵(tie)(tie)材(cai)(cai)料的凝固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)組成、熱力(li)(li)(li)(li)學和(he)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)學參(can)(can)數(shu)方(fang)面的研究依然十分貧瘠(ji)。本節將以含氮鋼(gang)（19Cr14Mn0.9N)和(he)H13分別(bie)討論，壓力(li)(li)(li)(li)對(dui)凝固(gu)過(guo)程中(zhong)相(xiang)(xiang)(xiang)變、熱力(li)(li)(li)(li)學（相(xiang)(xiang)(xiang)質量分數(shu)、凝固(gu)模式、固(gu)／液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)線、體(ti)系(xi)氮溶解度、相(xiang)(xiang)(xiang)變驅動(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)和(he)分配系(xi)數(shu)等）和(he)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)學參(can)(can)數(shu)（擴散系(xi)數(shu)）的影響規律，從而系(xi)統論述壓力(li)(li)(li)(li)對(dui)鋼(gang)鐵(tie)(tie)材(cai)(cai)料凝固(gu)熱力(li)(li)(li)(li)學和(he)動(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)學的影響規律。

1. 凝(ning)固(gu)相變(bian)

  相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)是(shi)用(yong)來表征相(xiang)(xiang)(xiang)平衡系統的(de)(de)(de)(de)組成與(yu)熱(re)(re)力(li)學參(can)數(shu)(shu)（如(ru)溫度和(he)(he)(he)(he)(he)壓力(li)）之(zhi)(zhi)間關(guan)系的(de)(de)(de)(de)一(yi)種圖(tu)形(xing)，它可以(yi)(yi)提供壓力(li)和(he)(he)(he)(he)(he)其他相(xiang)(xiang)(xiang)關(guan)熱(re)(re)力(li)學參(can)數(shu)(shu)之(zhi)(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關(guan)系，這(zhe)些熱(re)(re)力(li)學參(can)數(shu)(shu)包含了相(xiang)(xiang)(xiang)轉變溫度和(he)(he)(he)(he)(he)元素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)平衡分(fen)配系數(shu)(shu)等(deng)。因此，相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)是(shi)探討壓力(li)對熱(re)(re)力(li)學參(can)數(shu)(shu)影響規律的(de)(de)(de)(de)基礎(chu)。19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼(gang)在(zai)0.1MPa 下(xia)隨氮(dan)質量(liang)分(fen)數(shu)(shu)變化的(de)(de)(de)(de)垂直(zhi)(zhi)截(jie)面(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)凝固相(xiang)(xiang)(xiang)變的(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)(qu)域如(ru)圖(tu)2-91(a)所(suo)示(shi)。圖(tu)中(zhong)存(cun)在(zai)七個(ge)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)，分(fen)別為三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)：液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)L、鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)(he)(he)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)y;三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)兩相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)：L+8、L+Y和(he)(he)(he)(he)(he)8+γ;一(yi)個(ge)三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)共(gong)存(cun)區(qu)(qu)(qu)L+8+γ.三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)共(gong)存(cun)區(qu)(qu)(qu)L+8+γ是(shi)一(yi)個(ge)曲(qu)邊三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)角形(xing)，三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)頂點（A、B和(he)(he)(he)(he)(he)C)分(fen)別與(yu)三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)（鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8、奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ和(he)(he)(he)(he)(he)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)L)相(xiang)(xiang)(xiang)接，且居中(zhong)的(de)(de)(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)（奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ)位(wei)于三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)的(de)(de)(de)(de)下(xia)方(fang)。根據曲(qu)邊三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)角形(xing)的(de)(de)(de)(de)判(pan)定(ding)原則［137,三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)內發(fa)(fa)生了包晶反(fan)應：L+δ→Y;三(san)(san)(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)兩相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)（L+8、L+y和(he)(he)(he)(he)(he)8+γ)分(fen)別發(fa)(fa)生了L→8、L→y和(he)(he)(he)(he)(he)δ→y.在(zai)10MPa和(he)(he)(he)(he)(he)100MPa下(xia)，隨氮(dan)質量(liang)分(fen)數(shu)(shu)變化的(de)(de)(de)(de)垂直(zhi)(zhi)截(jie)面(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)分(fen)別如(ru)圖(tu)2-92(b)和(he)(he)(he)(he)(he)（c)所(suo)示(shi)，對比可以(yi)(yi)看出，10MPa和(he)(he)(he)(he)(he)100MPa下(xia)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)數(shu)(shu)量(liang)和(he)(he)(he)(he)(he)類型(xing)與(yu)0.1MPa的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)同，而1000MPa下(xia)，隨氮(dan)質量(liang)分(fen)數(shu)(shu)變化的(de)(de)(de)(de)垂直(zhi)(zhi)截(jie)面(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)存(cun)在(zai)兩個(ge)單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)（液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)L和(he)(he)(he)(he)(he)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ),鐵(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8單相(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)消失，如(ru)圖(tu)2-92(d)所(suo)示(shi)。

  相(xiang)圖(tu)中(zhong)三(san)相(xiang)共(gong)存區(qu) L+8+y 隨(sui)(sui)壓力的變(bian)化規律如圖(tu)2-93所示，在0.1MPa、10MPa、100MPa 和(he)(he)(he)1000MPa下(xia)，A點的坐(zuo)標(biao)(biao)分(fen)別為(wei)(wei)（0.0261%,1531.84K)、（0.0259%,1532.26K)、（0.0239%,1532.79K)和(he)(he)(he)（0%,1537.02K),B點的坐(zuo)標(biao)(biao)分(fen)別為(wei)(wei)（0.889%,1593.63K)、（0.888%,1594.16K)、（0.890%,1595.75K)和(he)(he)(he)（0.933%,1611.62K),C點的坐(zuo)標(biao)(biao)分(fen)別為(wei)(wei)（0.934%,1639.76K)、（0.930%,1639.67K)、（0.926%,1641.78K)和(he)(he)(he)（0.901%,1666.65K).隨(sui)(sui)著壓力的增加，A和(he)(he)(he)C點向(xiang)低氮區(qu)移(yi)動，B點向(xiang)高(gao)氮區(qu)移(yi)動，整個(ge)區(qu)域向(xiang)高(gao)溫(wen)區(qu)移(yi)動，且(qie)三(san)相(xiang)共(gong)存區(qu)L+8+y呈增大(da)趨勢(shi)，曲邊三(san)角形(xing)的形(xing)狀逐漸由“?”向(xiang)“Δ”轉變(bian)［137],相(xiang)轉變(bian)方式逐步由包(bao)(bao)晶(jing)反應（L+δ→y)向(xiang)共(gong)晶(jing)反應（L→8+y)過渡(du)，即當(dang)壓力分(fen)別為(wei)(wei)0.1MPa、10MPa和(he)(he)(he)100MPa時，凝固過程為(wei)(wei)包(bao)(bao)晶(jing)反應，而1000MPa時為(wei)(wei)共(gong)晶(jing)反應。

  為了進一步說明壓力對凝(ning)(ning)固過程(cheng)(cheng)中(zhong)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變的(de)(de)(de)影響規律，19Cr14Mn0.9N 含氮鋼凝(ning)(ning)固過程(cheng)(cheng)中(zhong)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)和(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)隨(sui)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)變化(hua)規律如圖2-94所示(shi)。在0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa下(xia)凝(ning)(ning)固時，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)呈(cheng)現出(chu)先增(zeng)(zeng)大(da)后(hou)減(jian)小的(de)(de)(de)趨(qu)勢(shi)，拐點分(fen)(fen)(fen)別為P1、P2和(he)(he)P3,如圖2-94(a)所示(shi)；而奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ均呈(cheng)現出(chu)連續增(zeng)(zeng)大(da)的(de)(de)(de)趨(qu)勢(shi)。在0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa下(xia)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)變化(hua)拐點P1、P2和(he)(he)P3的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)分(fen)(fen)(fen)別與奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)出(chu)現位置Q1、Q2和(he)(he)Q3的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)，如圖2-94(b)所示(shi)。當高于(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)時，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)隨(sui)著液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減(jian)小而增(zeng)(zeng)加，此時無奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ出(chu)現，即(ji)發(fa)生液固轉變（L→8);當低(di)于(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)時，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)隨(sui)著液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減(jian)小而減(jian)小，而奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ逐(zhu)漸(jian)增(zeng)(zeng)加，即(ji)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8隨(sui)著奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)形(xing)成逐(zhu)漸(jian)消失，發(fa)生包(bao)晶(jing)反(fan)應（L+8→y);而1000MPa下(xia)，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)均隨(sui)著液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減(jian)小而逐(zhu)步增(zeng)(zeng)大(da)，直至凝(ning)(ning)固結(jie)束，表明鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ幾(ji)乎同(tong)時從(cong)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)析(xi)出(chu)，即(ji)凝(ning)(ning)固過程(cheng)(cheng)發(fa)生共晶(jing)反(fan)應（L→8+y).這也證明了隨(sui)著壓力的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變方式(shi)逐(zhu)漸(jian)由(you)包(bao)晶(jing)反(fan)應（L+8→y)向共晶(jing)反(fan)應（L→8+y)過渡。

  19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)(dan)鋼(gang)凝固過程中鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)隨壓力(li)的變化規律如(ru)圖(tu)2-95所示(shi)(shi)。當壓力(li)從(cong)0.1MPa增加(jia)到100MPa時，δ/(δ+L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)變化較小(xiao)(xiao)，8/(δ+γ)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)整(zheng)體(ti)向(xiang)高溫端移(yi)動(dong)，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8形成區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)逐(zhu)漸減小(xiao)(xiao)；當壓力(li)進(jin)一步增加(jia)到1000MPa時，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)幾乎從(cong)隨氮(dan)(dan)(dan)質(zhi)量分(fen)數變化的垂直截面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中消失，如(ru)圖(tu)2-95(a)所示(shi)(shi)，即增加(jia)壓力(li)有助于鐵(tie)(tie)(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的消失［138].而對(dui)于奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ,隨著壓力(li)的增加(jia)，γ/(y+L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)向(xiang)高溫段移(yi)動(dong)，γ/(δ+γ)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界(jie)(jie)整(zheng)體(ti)向(xiang)高氮(dan)(dan)(dan)區(qu)(qu)(qu)(qu)移(yi)動(dong)，整(zheng)個區(qu)(qu)(qu)(qu)域(yu)呈增大趨(qu)勢，如(ru)圖(tu)2-95(b)所示(shi)(shi)。

2. 凝固模式

  不銹鋼(gang)的(de)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)(mo)式根據凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)初始相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)種類(lei)和相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)類(lei)型通常分為(wei)四類(lei)。①F型：L→L+8→8→8+y;②FA型：L→L+8→L+8+Y→8+y;③AF型：L→L+Y→L+y+δ→8+y;④A型：L→L+y→y.凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)(mo)式主要(yao)受(shou)合金(jin)成(cheng)(cheng)(cheng)分和凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)條件的(de)影響，在(zai)合金(jin)成(cheng)(cheng)(cheng)分一(yi)定的(de)情況(kuang)下(xia)(xia)(xia)，凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)(mo)式主要(yao)由凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)條件決定。19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)在(zai)不同(tong)壓力下(xia)(xia)(xia)的(de)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)順(shun)(shun)序，如圖(tu)2-96所示，鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ為(wei)初始相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，即19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)在(zai)各壓力下(xia)(xia)(xia)的(de)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)(mo)式均為(wei)FA型。以0.1MPa的(de)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過程為(wei)例(li)，凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過程分為(wei)三個階(jie)段，凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)初期，發(fa)生(sheng)L→8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)反(fan)應；當固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分數升至0.05左(zuo)右時(shi)，發(fa)生(sheng)包(bao)晶反(fan)應（L+δ→y),奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ開始形成(cheng)(cheng)(cheng)，鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ逐漸減少，此(ci)時(shi)體(ti)(ti)系中(zhong)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)由8和γ共(gong)同(tong)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)；在(zai)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)末期，鐵素(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8完全消失，液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)直接轉(zhuan)變(bian)為(wei)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ(L→y),直到凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)結(jie)束(shu)，凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)結(jie)束(shu)后(hou)，固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)單(dan)一(yi)的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ.因此(ci)，0.1MPa 下(xia)(xia)(xia)19Cr14Mn0.9N 含氮鋼(gang)的(de)凝(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)順(shun)(shun)序為(wei)：L→L+8→L+8+Y→L+Y→Y.

  基于在10MPa、100MPa和(he)1000MPa下(xia)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼凝固(gu)(gu)相變順(shun)序可(ke)知，當壓力(li)(li)從0.1MPa增加到(dao)100MPa時，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼的凝固(gu)(gu)模(mo)式依舊為FA型。然而，當壓力(li)(li)達到(dao)1000MPa時，凝固(gu)(gu)過程(cheng)中包晶反(fan)應（L+8→y)轉變為共晶反(fan)應（L→8+y),其相轉變順(shun)序發(fa)生明(ming)顯變化，如圖2-96所示。1000MPa下(xia)凝固(gu)(gu)相變順(shun)序可(ke)歸(gui)結為：L→L+8→L+8+Y→8+γ.

  此(ci)外(wai)，當(dang)壓(ya)(ya)力逐漸由(you)0.1MPa增加至(zhi)1000MPa時(shi)，L→8相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變的(de)溫度區間由(you)3.86K降(jiang)至(zhi)0.079K,奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)γ形成時(shi)的(de)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)由(you)0.05降(jiang)至(zhi)0.00075（圖2-96),同時(shi)相(xiang)(xiang)圖中C點（圖2-93)氮質量(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)由(you)0.934%降(jiang)低至(zhi)0.901%,固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)十分(fen)(fen)(fen)逼近本體(ti)氮質量(liang)分(fen)(fen)(fen)數(shu)0.9%,即(ji)L→8相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變區間基本消失。因此(ci)，隨著壓(ya)(ya)力的(de)增加，19Cr14Mn0.9N含氮鋼的(de)凝固(gu)(gu)(gu)模(mo)式呈現由(you)FA型(xing)向A型(xing)轉(zhuan)變的(de)趨勢，這主要是由(you)于(yu)增加壓(ya)(ya)力有助于(yu)比體(ti)積(ji)小的(de)相(xiang)(xiang)形成（γ相(xiang)(xiang)的(de)比體(ti)積(ji)小于(yu)8相(xiang)(xiang)）,即(ji)加壓(ya)(ya)抑制了(le)8相(xiang)(xiang)的(de)形成，使凝固(gu)(gu)(gu)模(mo)式發(fa)生改變。

3. 固／液相線(xian)

  凝固存(cun)在凝固潛熱的釋放和體積的收縮(suo)，屬于(yu)一級相(xiang)變，因而可以采用克拉佩龍方程(cheng)來描述壓力與相(xiang)變溫度之(zhi)間(jian)的關系，即

4. 氮(dan)溶(rong)解度

  溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)是(shi)影(ying)響合金體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)重要因素(su)(su)之(zhi)一。從圖(tu)(tu)2-98中(zhong)可以看出，隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)降(jiang)(jiang)低(di)(di)，19Cr14MnxN 凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程中(zhong)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)逐漸(jian)升(sheng)高，直到溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)至液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)線(xian)(xian)（凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)初期(qi)）時(shi)達到一個峰值（A點(dian)(dian)(dian)）。隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)進行，發生(sheng)L→8液(ye)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變，氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)較小的(de)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8形成，導(dao)致(zhi)了體(ti)(ti)系(xi)的(de)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)迅(xun)速(su)降(jiang)(jiang)低(di)(di)，直到溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)至奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ析出點(dian)(dian)(dian)（即(ji)(ji)L+δ→y轉(zhuan)變點(dian)(dian)(dian)），此(ci)(ci)時(shi)體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)最小（B點(dian)(dian)(dian)），即(ji)(ji)出現“鐵素(su)(su)體(ti)(ti)阱（ferrite trap)”［140],如圖(tu)(tu)2-99所示。隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)繼(ji)續進行，固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)質量分(fen)數(shu)減小，氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)較大(da)的(de)奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)應地增(zeng)加，體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)又逐步增(zeng)大(da)，直到溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)(jiang)至固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)線(xian)(xian)（凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結(jie)束，即(ji)(ji)C點(dian)(dian)(dian)）。凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結(jie)束后，隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)繼(ji)續降(jiang)(jiang)低(di)(di)，體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)將繼(ji)續增(zeng)大(da)，這主要是(shi)由體(ti)(ti)系(xi)發生(sheng)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)轉(zhuan)變δ→y(C和(he)(he)D點(dian)(dian)(dian)之(zhi)間(jian)）和(he)(he)奧(ao)氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)溫度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)降(jiang)(jiang)低(di)(di)而增(zeng)加（D和(he)(he)E點(dian)(dian)(dian)之(zhi)間(jian)）兩(liang)方面原因所導(dao)致(zhi)的(de)。此(ci)(ci)外，氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)在(zai)C和(he)(he)D點(dian)(dian)(dian)之(zhi)間(jian)的(de)增(zeng)長(chang)速(su)率(lv)明(ming)顯大(da)于D和(he)(he)E點(dian)(dian)(dian)之(zhi)間(jian)，這主要歸因于C和(he)(he)D點(dian)(dian)(dian)之(zhi)間(jian)貧氮(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)（鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8)的(de)消(xiao)失加速(su)了體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)增(zeng)長(chang)。在(zai)整(zheng)個凝(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程中(zhong)（A和(he)(he)C點(dian)(dian)(dian)之(zhi)間(jian)），氮(dan)溶(rong)(rong)(rong)(rong)解度(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)變化范圍為0.255%~0.648%.由此(ci)(ci)可見，在(zai)0.1MPa下，19Cr14Mn鋼中(zhong)氮(dan)的(de)質量分(fen)數(shu)達到0.9%而不產生(sheng)嚴重的(de)氮(dan)氣孔缺陷(xian)，是(shi)很難實現的(de)。

  0.1MPa、1MPa和2MPa下19Cr14MnxN氮(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)隨(sui)壓力(li)的(de)變化規(gui)律(lv)如圖2-99所示(shi)，0.1MPa下，氮(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)隨(sui)壓力(li)的(de)變化規(gui)律(lv)存在明顯的(de)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)阱(jing)，“鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)阱(jing)”本質(zhi)上是在固(gu)相中(zhong)(zhong)奧氏(shi)體(ti)形成(cheng)(cheng)元素(su)(su)(su)質(zhi)量分數較低(di)的(de)情(qing)況下，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)相δ在凝(ning)固(gu)初期析出(chu)，導(dao)致(zhi)(zhi)體(ti)系氮(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)快速(su)降低(di)的(de)現象；凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)阱(jing)的(de)出(chu)現會加(jia)(jia)(jia)劇局(ju)部(bu)氮(dan)(dan)析出(chu)的(de)趨勢(shi)，造成(cheng)(cheng)局(ju)部(bu)氮(dan)(dan)分布均(jun)勻性差等缺(que)陷(xian)(xian)，更甚(shen)者會導(dao)致(zhi)(zhi)大(da)量氣孔缺(que)陷(xian)(xian)的(de)形成(cheng)(cheng)，進而(er)影(ying)響(xiang)后續加(jia)(jia)(jia)工工藝，大(da)幅度(du)(du)降低(di)了(le)材(cai)料的(de)成(cheng)(cheng)材(cai)率。然(ran)而(er)，隨(sui)著(zhu)壓力(li)的(de)增加(jia)(jia)(jia)，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)阱(jing)減(jian)小，當壓力(li)增加(jia)(jia)(jia)到1MPa時，鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)阱(jing)完全消失，且在體(ti)系整(zheng)個凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，氮(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)始終處于增大(da)的(de)趨勢(shi)。因此(ci)，對19Cr14MnxN而(er)言(yan)，增加(jia)(jia)(jia)壓力(li)能夠有(you)效地增加(jia)(jia)(jia)體(ti)系氮(dan)(dan)溶解(jie)度(du)(du)，避免鐵(tie)(tie)素(su)(su)(su)體(ti)阱(jing)的(de)形成(cheng)(cheng)，從而(er)減(jian)小了(le)凝(ning)固(gu)過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)氣孔缺(que)陷(xian)(xian)的(de)形成(cheng)(cheng)趨勢(shi)。

5. 元素(su)分(fen)配系數

  凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)，合金(jin)元(yuan)素在固(gu)／液界(jie)面處發生質(zhi)量(liang)分數的(de)再分配(pei)，導致了合金(jin)元(yuan)素在鑄錠內分布的(de)不均勻性，最終形成偏析。溶質(zhi)再分配(pei)的(de)程(cheng)度通常采用(yong)溶質(zhi)分配(pei)系(xi)數ko進行(xing)表征，即平衡凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)中(zhong)固(gu)相中(zhong)溶質(zhi)的(de)質(zhi)量(liang)分數Cs與液相中(zhong)溶質(zhi)的(de)質(zhi)量(liang)分數CL之間比值(zhi)：

  對于二(er)元(yuan)(yuan)合金體系(xi)，溶(rong)(rong)質(zhi)分配系(xi)數(shu)(shu)o通常可以由相圖中(zhong)(zhong)固／液相線斜率獲(huo)得(de)；而(er)對于多元(yuan)(yuan)合金體系(xi)，難以利用(yong)相圖進(jin)行計算，但(dan)可基于準確(que)可靠的(de)熱力學(xue)數(shu)(shu)據(ju)，利用(yong)溶(rong)(rong)質(zhi)在固／液相中(zhong)(zhong)化學(xue)位相等的(de)原理進(jin)行計算。由于19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)固時，固相轉變過程中(zhong)(zhong)存在鐵素(su)體相8和奧氏體相γ共(gong)存的(de)階段，因而(er)結(jie)合凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)相質(zhi)量分數(shu)(shu)以及各(ge)相中(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)素(su)質(zhi)量分數(shu)(shu)，采用(yong)式(shi)（2-177)可計算各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)的(de)溶(rong)(rong)質(zhi)分配系(xi)數(shu)(shu)，即

  式中，k為(wei)元素i的分(fen)配系(xi)數；ws和wy分(fen)別(bie)(bie)為(wei)鐵素體(ti)相(xiang)8和奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)γ的質(zhi)量分(fen)數；Cs,i和Cy,;分(fen)別(bie)(bie)為(wei)元素i在鐵素體(ti)相(xiang)8和奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)γ中的質(zhi)量分(fen)數。

  在(zai)0.1MPa下的(de)(de)(de)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中(zhong)，19Cr14Mn0.9N含氮鋼各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)溶(rong)質分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)的(de)(de)(de)變化規律如(ru)(ru)圖2-100所(suo)示(shi)。固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組成(cheng)由(you)單(dan)一鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ過(guo)渡到鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ共存時，各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)的(de)(de)(de)變化趨勢出現了明顯的(de)(de)(de)拐點，這主要是由(you)于(yu)各(ge)元(yuan)(yuan)在(zai)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)差異較大。結合(he)19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)固(gu)(gu)時的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變順(shun)序可知(zhi)，在(zai)凝(ning)固(gu)(gu)初期(qi)，固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為單(dan)一鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8,鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ中(zhong)各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)溶(rong)質分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)分(fen)(fen)別為：kc(0.092)<kN(0.185)<Mn(0.796)<Mo(0.822)<kGr(0.901)<ksi(0.960).在(zai)凝(ning)固(gu)(gu)末期(qi)，固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)為單(dan)一奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ,奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)各(ge)元(yuan)(yuan)素(su)(su)溶(rong)質分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)分(fen)(fen)別為：kc(0.347)<kM.(0.634)<N(0.769)<kcr(0.839)<Mn(0.883)<ksi(1.048).由(you)此可知(zhi)，碳、氮、錳(meng)和(he)(he)(he)硅在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)大于(yu)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8,因而，在(zai)發(fa)生L+8→γ轉變時，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8減少，奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ增加，致(zhi)使(shi)碳、氮、錳(meng)和(he)(he)(he)硅的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)隨(sui)著液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減小逐漸(jian)增大。而對于(yu)鉬(mu)和(he)(he)(he)鉻(ge)，它們在(zai)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)小于(yu)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8,導致(zhi)鉬(mu)和(he)(he)(he)鉻(ge)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數(shu)(shu)隨(sui)著液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減小而逐漸(jian)減小，如(ru)(ru)圖2-100所(suo)示(shi)。

  在10MPa 和(he)100MPa下(xia)，各元素(su)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)數(shu)隨(sui)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)變化規律(lv)與0.1MPa的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)同，如圖(tu)2-101所示(shi)。而(er)(er)在1000MPa下(xia)，除凝(ning)固(gu)初期（液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)十(shi)分(fen)(fen)接近于(yu)(yu)(yu)1時）固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)由單(dan)一(yi)鐵素(su)體相(xiang)(xiang)(xiang)8組成外，在后續凝(ning)固(gu)過程(cheng)中，由于(yu)(yu)(yu)發生了共晶(jing)(jing)(jing)轉(zhuan)變L→y+8,固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)中鐵素(su)體相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏體相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)量均隨(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)增大(da)(da)，因(yin)而(er)(er)各元素(su)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)數(shu)為平滑曲(qu)線，無明顯拐點(dian)出(chu)現(xian)，如圖(tu)2-101所示(shi)。此外，隨(sui)著壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)增加，鉬(mu)和(he)錳(meng)(meng)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)數(shu)均減(jian)小(xiao)(xiao)，且錳(meng)(meng)的(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)幅(fu)度大(da)(da)于(yu)(yu)(yu)鉬(mu)，因(yin)而(er)(er)壓(ya)(ya)力(li)(li)有利于(yu)(yu)(yu)枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中鉬(mu)和(he)錳(meng)(meng)的(de)(de)(de)富(fu)集，進而(er)(er)加劇了鉬(mu)和(he)錳(meng)(meng)的(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀(guan)偏(pian)(pian)析，如圖(tu)2-102所示(shi)。對于(yu)(yu)(yu)元素(su)碳(tan)、氮和(he)鉻，元素(su)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)數(shu)隨(sui)著壓(ya)(ya)增加而(er)(er)增大(da)(da)，且始(shi)終小(xiao)(xiao)于(yu)(yu)(yu)1,因(yin)而(er)(er)增加壓(ya)(ya)力(li)(li)有助于(yu)(yu)(yu)緩解(jie)其在枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中富(fu)集，從(cong)而(er)(er)減(jian)輕碳(tan)、氮和(he)鉻的(de)(de)(de)微(wei)(wei)觀(guan)偏(pian)(pian)析。對于(yu)(yu)(yu)硅(gui)(gui)(gui)元素(su)，壓(ya)(ya)力(li)(li)一(yi)定時，凝(ning)固(gu)過程(cheng)中其分(fen)(fen)配(pei)系(xi)數(shu)從(cong)小(xiao)(xiao)于(yu)(yu)(yu)1逐(zhu)步(bu)向大(da)(da)于(yu)(yu)(yu)1過渡，使得(de)枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)濃(nong)度呈現(xian)出(chu)先增大(da)(da)后減(jian)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)趨勢；而(er)(er)當壓(ya)(ya)力(li)(li)增加到1000MPa時，整個凝(ning)固(gu)過程(cheng)中硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系(xi)數(shu)始(shi)終大(da)(da)于(yu)(yu)(yu)1,枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)間(jian)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中硅(gui)(gui)(gui)的(de)(de)(de)濃(nong)度隨(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)減(jian)小(xiao)(xiao)，進而(er)(er)導致(zhi)枝(zhi)晶(jing)(jing)(jing)界處貧硅(gui)(gui)(gui)，偏(pian)(pian)析加劇。

6. 元素擴散系數(shu)

  擴(kuo)(kuo)散是(shi)指晶(jing)(jing)體中(zhong)原(yuan)子(zi)（或離子(zi)）由熱運動產(chan)生的(de)遷移過(guo)(guo)程，合金元(yuan)素的(de)擴(kuo)(kuo)自始至終(zhong)貫穿金屬或者(zhe)合金發生相變、組織轉變、結晶(jing)(jing)和再結晶(jing)(jing)等(deng)過(guo)(guo)程。各元(yuan)素的(de)擴(kuo)(kuo)散系(xi)數D是(shi)體系(xi)的(de)動態性質(zhi)之(zhi)一，由菲克(ke)第(di)一定律可(ke)知，擴(kuo)(kuo)散系(xi)數是(shi)元(yuan)素在單位(wei)時間每單位(wei)濃度梯度的(de)條件下沿擴(kuo)(kuo)散方(fang)(fang)向垂直通過(guo)(guo)單位(wei)面積的(de)質(zhi)量或物質(zhi)的(de)量，可(ke)由阿倫(lun)尼烏斯方(fang)(fang)程進行描述(shu)，即

  式(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，kb為玻爾茲(zi)曼常數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)；ΔGm為擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)激活(huo)(huo)(huo)能(neng)；T為溫(wen)度(du)；A為常數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)。式(shi)（2-178)適(shi)用于(yu)(yu)所有類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)固態擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)過(guo)程(cheng)，不同(tong)(tong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)區別僅僅在(zai)于(yu)(yu)A和(he)ΔGm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)(tong)。從式(shi)（2-178)可以看(kan)出，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)隨著擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)激活(huo)(huo)(huo)能(neng)ΔGm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)而(er)減小(xiao)(xiao)；反之(zhi)，激活(huo)(huo)(huo)能(neng)ΔGm越(yue)小(xiao)(xiao)，元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)越(yue)大(da)(da)，元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)越(yue)容易(yi)。19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)(dan)(dan)鋼凝(ning)固過(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鐵素(su)(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)各元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)不同(tong)(tong)壓(ya)力(li)(li)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)如圖(tu)2-103所示。鐵素(su)(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)i(i=碳(tan)、氮(dan)(dan)(dan)、錳(meng)、鉬、鉻和(he)硅(gui)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)均(jun)(jun)比奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)大(da)(da)1~2個數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)量級，這主要是由于(yu)(yu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)晶胞（面心(xin)立(li)方(fang)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)(mi)度(du)為0.74,大(da)(da)于(yu)(yu)鐵素(su)(su)(su)體(ti)晶胞（體(ti)心(xin)立(li)方(fang)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)密(mi)(mi)度(du)（0.68),而(er)致(zhi)密(mi)(mi)度(du)大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶體(ti)結構中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，原子(zi)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)激活(huo)(huo)(huo)能(neng)較高，擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)較小(xiao)(xiao)。此(ci)外(wai)，間隙(xi)原子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)激活(huo)(huo)(huo)能(neng)均(jun)(jun)比置(zhi)換(huan)原子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)［145],因此(ci)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)碳(tan)和(he)氮(dan)(dan)(dan)無論在(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)還是奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)均(jun)(jun)比元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)錳(meng)、鉬、鉻和(he)硅(gui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大(da)(da)2~3個數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)量級，如圖(tu)2-103所示。同(tong)(tong)時隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，碳(tan)和(he)氮(dan)(dan)(dan)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化量均(jun)(jun)大(da)(da)于(yu)(yu)錳(meng)、鉬、鉻和(he)硅(gui)；增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)減小(xiao)(xiao)了(le)鐵素(su)(su)(su)體(ti)和(he)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，抑(yi)制了(le)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)；增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)減小(xiao)(xiao)了(le)鐵素(su)(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，但增(zeng)大(da)(da)了(le)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)，加速了(le)其(qi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)。因此(ci)，增(zeng)加壓(ya)力(li)(li)對不同(tong)(tong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)不同(tong)(tong)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響不同(tong)(tong)，但總體(ti)來(lai)講，壓(ya)力(li)(li)對擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)影(ying)響較小(xiao)(xiao)，在(zai)100MPa以內可以忽略。

7. 晶粒(li)形核

 a. 臨界(jie)形核(he)半徑

   根據(ju)經典形核(he)理論可知，均(jun)質形核(he)過(guo)程(cheng)中臨形核(he)半徑r與相(xiang)變驅動(dong)力ΔGL→S,P之(zhi)間的關系(xi)為

   在19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)固(gu)過(guo)程中，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)可由Thermo-Calc 熱力(li)(li)(li)學軟(ruan)件進(jin)(jin)行計算，結(jie)果如(ru)圖2-104所示(shi)。凝(ning)固(gu)過(guo)程中，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)變(bian)化規律與(yu)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)基本相(xiang)(xiang)(xiang)同。體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)系(xi)在0.1MPa、10MPa和100MPa下凝(ning)固(gu)時，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)隨著(zhu)液相(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)減(jian)小(xiao)呈(cheng)現(xian)出(chu)先增大后減(jian)小(xiao)的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢(shi)。凝(ning)固(gu)初期發生L→8轉(zhuan)變(bian)，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ為(wei)生成相(xiang)(xiang)(xiang)，其(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)隨著(zhu)凝(ning)固(gu)的(de)(de)(de)進(jin)(jin)行而不(bu)斷增大，直(zhi)至發生L+8→γ轉(zhuan)變(bian)。此(ci)時，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)達(da)到峰值(zhi)，且壓力(li)(li)(li)越(yue)(yue)(yue)大，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)峰值(zhi)越(yue)(yue)(yue)小(xiao)，而達(da)到峰值(zhi)時的(de)(de)(de)液相(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)(fen)數(shu)越(yue)(yue)(yue)大，因此(ci)加壓有助于鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)提前達(da)到峰值(zhi)；隨著(zhu)凝(ning)固(gu)的(de)(de)(de)繼續進(jin)(jin)行，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ逐步(bu)向奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ轉(zhuan)變(bian)，其(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)不(bu)斷減(jian)小(xiao)，直(zhi)至鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8消失。而凝(ning)固(gu)壓力(li)(li)(li)為(wei)1000MPa時，鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅(qu)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)在整個凝(ning)固(gu)過(guo)程中呈(cheng)持續增大的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢(shi)。

   相(xiang)(xiang)比(bi)之下，在0.1MPa、10MPa、100MPa和(he)1000MPa的(de)凝固過(guo)程中(zhong)，無論L→Y、L+8→y,還(huan)是L→8+y轉(zhuan)變(bian)(bian)，奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)γ作為(wei)生(sheng)成相(xiang)(xiang)，其相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅動力變(bian)(bian)化(hua)呈單調(diao)性，均(jun)隨著壓(ya)力的(de)增加而(er)增大。因此(ci)，增加壓(ya)力有(you)助于(yu)提升凝固過(guo)程相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)趨勢(shi)，即均(jun)增大了L→8、L→γ以及L+8→y相(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)過(guo)程中(zhong)生(sheng)成相(xiang)(xiang)的(de)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅動力，有(you)利于(yu)促(cu)進(jin)19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)凝固過(guo)程的(de)進(jin)行，這主要是因為(wei)鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)δ和(he)奧氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)γ的(de)比(bi)體(ti)積均(jun)小于(yu)液相(xiang)(xiang)。

   根據式(shi)（2-179),不同壓力(li)下晶粒的臨(lin)界形核(he)半徑與相變驅動力(li)的關系(xi)為

 b. 形核率

   單位體積液相在單位時(shi)間內(nei)所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)晶核(he)數(shu)目(mu)稱為形(xing)核(he)率(lv)，經典(dian)形(xing)核(he)理論給出了形(xing)核(he)率(lv)N與擴散激活能ΔGm和形(xing)核(he)功ΔG*之間的(de)關系(xi)，即

   從式(shi)（2-185)中可以(yi)看(kan)出(chu)(chu)，形(xing)(xing)核功(gong)(gong)ΔG隨著相變驅動力ΔGL→s,P的(de)增(zeng)大(da)而減小(xiao)(xiao)，因此增(zeng)加凝(ning)固壓(ya)力有(you)利于(yu)形(xing)(xing)核功(gong)(gong)ΔG的(de)降低（ΔG+ΔP<ΔG),進而增(zeng)大(da)形(xing)(xing)核率N.此外，從壓(ya)力對擴散(san)(san)系數(shu)的(de)影響(xiang)可以(yi)得(de)出(chu)(chu)，隨著壓(ya)力的(de)增(zeng)加，擴散(san)(san)激(ji)活能(neng)(neng)ΔGm的(de)變化(hua)較(jiao)小(xiao)(xiao)，在(zai)較(jiao)低壓(ya)力下，擴散(san)(san)激(ji)活能(neng)(neng)ΔG的(de)變化(hua)可以(yi)忽略。結合式(shi)（2-183)可知(zhi)，加壓(ya)通過減小(xiao)(xiao)形(xing)(xing)核功(gong)(gong)ΔG,使得(de)形(xing)(xing)核率N呈指(zhi)數(shu)增(zeng)長，達(da)到細化(hua)晶粒的(de)效果。

8. 密(mi)度和熱膨脹(zhang)系數

  密(mi)(mi)度(du)(du)表(biao)(biao)示物質(zhi)疏密(mi)(mi)程度(du)(du)，H13密(mi)(mi)度(du)(du)隨(sui)壓(ya)力(li)和(he)(he)(he)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)變(bian)(bian)化曲線如圖2-105所示。其中，點(dian)S1、E1、B1、L1、S2、E2、B2和(he)(he)(he)L2分(fen)別(bie)對應(ying)(ying)H13凝固(gu)過程中的(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)開(kai)始(shi)(shi)和(he)(he)(he)結束點(dian)；S1和(he)(he)(he)S2分(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)力(li)下H13的(de)(de)固(gu)相(xiang)(xiang)點(dian)；E1和(he)(he)(he)E2分(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)力(li)下相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)L→γ開(kai)始(shi)(shi)點(dian)；B1和(he)(he)(he)B2分(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)力(li)下相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)L+8→y開(kai)始(shi)(shi)點(dian)；L1和(he)(he)(he)L2分(fen)別(bie)代(dai)表(biao)(biao)不同(tong)(tong)壓(ya)力(li)下相(xiang)(xiang)變(bian)(bian)L→8開(kai)始(shi)(shi)點(dian)，即(ji)H13的(de)(de)凝固(gu)開(kai)始(shi)(shi)點(dian)；L1Lo(0.1MPa、1MPa和(he)(he)(he)2MPa)和(he)(he)(he)L2Lo(1000MPa)表(biao)(biao)示液相(xiang)(xiang)密(mi)(mi)度(du)(du)隨(sui)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)變(bian)(bian)化曲線，相(xiang)(xiang)應(ying)(ying)固(gu)相(xiang)(xiang)密(mi)(mi)度(du)(du)隨(sui)溫(wen)度(du)(du)的(de)(de)變(bian)(bian)化曲線分(fen)別(bie)如線S1So和(he)(he)(he)S2So所示。線L2Lo和(he)(he)(he)L1Lo、S2So和(he)(he)(he)S1So相(xiang)(xiang)互重合，表(biao)(biao)明壓(ya)力(li)從0.1MPa增加至1000MPa時，壓(ya)力(li)對固(gu)相(xiang)(xiang)液相(xiang)(xiang)密(mi)(mi)度(du)(du)以及熱(re)膨脹系(xi)數(shu)的(de)(de)影響幾乎可以忽(hu)略(lve)不計(ji)，熱(re)膨脹系(xi)數(shu)約為2x10-4。

  S1L1(0.1Mpa、1MPa和(he)2MPa)和(he)S2L2(1000MPa)分(fen)別代表不同(tong)壓力下液、δ和(he)γ混合(he)(he)相(xiang)密(mi)度(du)(du)(du)隨溫(wen)度(du)(du)(du)的變化(hua)規律。當溫(wen)度(du)(du)(du)一定時，壓力從0.1MPa 增加至1000MPa,混合(he)(he)相(xiang)密(mi)度(du)(du)(du)變化(hua)幅度(du)(du)(du)較(jiao)大(da)，其主要原(yuan)因如下：

   a. 加壓提(ti)高(gao)了(le)固（S1→S2)、液(ye)相(xiang)溫度（L→L2),使(shi)得凝(ning)固區(qu)間向高(gao)溫區(qu)移動（S,L1S2L2),進而導致在溫度一定時，混合相(xiang)中固相(xiang)的體積(ji)分數(shu)增大，液(ye)相(xiang)體積(ji)分數(shu)相(xiang)應減小。

   b. 混合相(xiang)中(zhong)，固相(xiang)密度（8和γ)大于液相(xiang)密度，且隨壓力的(de)變化幅度較(jiao)小。

  此外，凝固過程中（S1L1和S2L2),密度(du)的波(bo)動主要由相變（L→y;L+δ→Y和L→8)導(dao)致(zhi)各(ge)相體積分數變化所(suo)導(dao)致(zhi)。

9. 焓、凝(ning)固潛(qian)熱(re)以及(ji)比熱(re)

  焓為熱力學中表示物質系統能(neng)量狀(zhuang)態的(de)一個狀(zhuang)態參數，每千克(ke)物質的(de)焓為比焓，即(ji)

  式中(zhong)(zhong)，h為(wei)(wei)(wei)比(bi)(bi)焓(han)；m為(wei)(wei)(wei)質量；U為(wei)(wei)(wei)內能；P為(wei)(wei)(wei)壓(ya)(ya)力(li)；V為(wei)(wei)(wei)體積(ji)。由式（2-186)可知，當內能和質量一(yi)定(ding)時(shi)，比(bi)(bi)焓(han)h與PV成(cheng)正比(bi)(bi)。當壓(ya)(ya)力(li)小于1000MPa時(shi)，加(jia)壓(ya)(ya)對(dui)液相(xiang)和固相(xiang)密度的影響幾乎可以忽略不計，因而對(dui)體積(ji)的影響微乎其微。那么，比(bi)(bi)焓(han)主(zhu)要受壓(ya)(ya)力(li)的影響，當壓(ya)(ya)力(li)從(cong)0.1MPa增加(jia)至1000MPa時(shi)，比(bi)(bi)焓(han)明顯增大，但當壓(ya)(ya)力(li)低于2MPa時(shi)，比(bi)(bi)焓(han)幾乎保持不變(bian)(bian)，如圖2-106所示。在凝(ning)固過程中(zhong)(zhong)（L1S1和L2S2),當溫度一(yi)定(ding)時(shi)，H13整個熱力(li)學體系的比(bi)(bi)焓(han)隨壓(ya)(ya)力(li)的變(bian)(bian)化趨勢非常(chang)復雜(za)，主(zhu)要原因如下：

   a. 凝固(gu)過程中存在凝固(gu)潛熱(re)的釋(shi)放(fang)，且潛熱(re)釋(shi)放(fang)與固(gu)相體積分數(shu)直接相關(guan)。

   b. 當溫度(du)一定時，固相體積分數隨不(bu)同壓力的變化(hua)而變化(hua)。

  根據比焓隨溫度的(de)變(bian)(bian)化曲(qu)線(xian)，可得H13的(de)凝固潛(qian)熱(re)為221.3kJ/kgl1511;由比焓溫度變(bian)(bian)化曲(qu)線(xian)的(de)斜率(lv)可得，液、固相比熱(re)分比為822.8J/(kg·K)和(he)679.5J/(kg·K).當壓力低于1000MPa時，凝固潛(qian)熱(re)，液、固相比熱(re)隨壓力的(de)變(bian)(bian)化均可忽略不(bu)計，如圖2-106所示。