均质形核

物理化学作用机理

在均匀熔池中，原子无序运动。冷却时随机形成小原子团，它们决定了晶体结构。这些原子团大多立即分解，因为其表面消耗能量。只有当熔池强烈过冷时，部分晶核才能继续长大。所需的过冷度通常在熔点以下100到300开尔文。因此，均质形核需要高能垒，只在极纯净、无颗粒的熔池中发生。

焊接中的冶金学意义与风险

焊接熔池中总有外来表面：坡口面、氧化皮、焊剂残留、合金元素。在这些表面上，晶核更容易形成，因为界面能降低。因此，凝固几乎总是异质进行。均质形核只在极纯净的熔池中出现，例如真空特殊焊接。风险：如果均质形核真的发生，熔池在强烈过冷后瞬间凝固。之前溶解的气体无法逸出，形成气孔。此外，突然的体积跃变导致高内应力。

车间实践与操作指南

实际操作者无法直接影响均质形核，但可以使其难以发生。为此，在熔池中制造大量异质晶核：添加钛或铝等孕育剂，使用含弥散氧化物或碳化物的焊接材料。这些颗粒作为晶核，在较小的过冷度下就开始结晶。这样得到细晶、韧性组织，无气孔。不要不必要地长时间保持熔池液态，避免材料纯度过高，除非是特殊应用。