Question

为什么冷却速度越快晶粒越细

Answer 1

冷却速度越快晶粒越细是因为过冷度越大，晶核生成的临界半径越小。
液体中，满足形核尺寸（大于临界晶核半径）的相起伏（晶胚）数量更多，它们随后转变成晶核，提高形核率，满足结晶的结构条件。
除了相起伏，液相中的原子还可能依附外来杂质进行非均匀形核，这时对过冷度的要求低一些。快冷使原子的扩散/移动能力减弱，众多晶核形成后来不及充分长大，最终保持细小的尺寸。
快冷的条件：
冷却速度的增加，使结晶的形核过程出现更大的温度滞后，造成过冷度的增加。过冷度是材料实际与理论结晶温度之差。
大过冷度，意味着液固两相（或此时的相与待形成的相）之间自由能差距大，即形核的驱动力大，结晶速度快，满足结晶的热力学条件。快冷使原子的扩散/移动能力减弱，众多晶核形成后来不及充分长大，最终保持细小的尺寸。