在(zai)(zai)加(jia)壓(ya)(ya)冶煉過(guo)程中，壓(ya)(ya)力的控(kong)制對保障高氮鋼具(ju)備致密的宏觀(guan)組(zu)織(zhi)(zhi)和(he)(he)(he)優異(yi)性能尤為重要。目(mu)前(qian)，經證實，壓(ya)(ya)力主要通過(guo)兩(liang)種方(fang)式對凝(ning)固過(guo)程和(he)(he)(he)組(zu)織(zhi)(zhi)產(chan)生影(ying)響：一種方(fang)式是(shi)宏觀(guan)尺度(du)上機械作(zuo)(zuo)用導致的物(wu)理(li)變(bian)化，如改(gai)變(bian)鑄(zhu)錠(ding)和(he)(he)(he)鑄(zhu)型間(jian)的熱交換、冷(leng)卻速率(lv)以及(ji)充型過(guo)程的控(kong)制等，另一種方(fang)式是(shi)微觀(guan)尺度(du)上的熱力學(xue)(xue)和(he)(he)(he)動(dong)力學(xue)(xue)參數(shu)變(bian)化，壓(ya)(ya)力作(zuo)(zuo)為基本熱力學(xue)(xue)參數(shu)之(zhi)一，對有氣相(xiang)(xiang)參與(yu)的冶金反應和(he)(he)(he)凝(ning)固過(guo)程具(ju)有十分重要的影(ying)響；增(zeng)加(jia)壓(ya)(ya)力在(zai)(zai)提(ti)高冶金反應速率(lv)的同時，能夠(gou)顯著增(zeng)加(jia)鋼液中氮、鈣和(he)(he)(he)鎂(mei)的溶解(jie)度(du)，提(ti)高其收得率(lv)，進而充分發揮其凈化鋼液或合金化作(zuo)(zuo)用；在(zai)(zai)低壓(ya)(ya)凝(ning)固過(guo)程中，壓(ya)(ya)力對相(xiang)(xiang)圖(tu)、凝(ning)固熱力學(xue)(xue)和(he)(he)(he)動(dong)力學(xue)(xue)參數(shu)的影(ying)響可以忽(hu)略不計(ji)，但在(zai)(zai)高壓(ya)(ya)下(xia)，相(xiang)(xiang)圖(tu)、凝(ning)固熱力學(xue)(xue)和(he)(he)(he)動(dong)力學(xue)(xue)參數(shu)隨之(zhi)發生改(gai)變(bian)，進而改(gai)變(bian)常規條件下(xia)的凝(ning)固模(mo)式，從而有利于一些新(xin)相(xiang)(xiang)或新(xin)材料結構(gou)的生成。
壓力(li)對(dui)材(cai)(cai)料組(zu)織(zhi)和性(xing)能的影(ying)響(xiang)已經(jing)引起了廣(guang)泛關注(zhu)，自(zi)諾貝爾(er)獎獲(huo)得(de)者Bridgman 開展相(xiang)關研究(jiu)以來,材(cai)(cai)料熱(re)力(li)學(xue)(xue)(xue)和動力(li)學(xue)(xue)(xue)參(can)(can)數(shu)隨壓力(li)的變(bian)化規律就已經(jing)得(de)到(dao)了大量(liang)研究(jiu),這些(xie)研究(jiu)主(zhu)要(yao)采用相(xiang)圖(tu)計算（calculation of phasediagram,CALPHAD)的方(fang)式(shi)完(wan)成(cheng)，且主(zhu)要(yao)集中在(zai)有色金(jin)屬合金(jin)材(cai)(cai)料方(fang)面(mian)，如Bi-Sb、Al-Ge、Al-Si、Al-Zn和Cd-Zn等(deng);所(suo)研究(jiu)的熱(re)力(li)學(xue)(xue)(xue)和動力(li)學(xue)(xue)(xue)參(can)(can)數(shu)主(zhu)要(yao)包括相(xiang)圖(tu)、摩爾(er)體積、共(gong)晶(jing)(jing)溫度、初始(shi)轉變(bian)相(xiang)類型、共(gong)晶(jing)(jing)點成(cheng)分、晶(jing)(jing)粒形核以及擴散系數(shu)等(deng)方(fang)面(mian)。研究(jiu)表明(ming)，高(gao)壓下（數(shu)量(liang)級約為10GPa)的熱(re)力(li)學(xue)(xue)(xue)和動力(li)學(xue)(xue)(xue)參(can)(can)數(shu)與(yu)常壓下存在(zai)明(ming)顯(xian)差異,而這些(xie)差異有助于闡明(ming)壓力(li)對(dui)組(zu)織(zhi)的影(ying)響(xiang)機理。
同樣，在(zai)(zai)壓(ya)力(li)(li)(li)影響鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)方面，有研究(jiu)人員(yuan)初步探(tan)討了鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)材料(liao)在(zai)(zai)高壓(ya)下的相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)、固(gu)(gu)／液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)線溫(wen)度(du)和(he)(he)擴(kuo)散系(xi)數(shu)(shu)等。所(suo)選(xuan)體(ti)系(xi)有Fe-C和(he)(he)Fe-Mn-C(高錳鋼）等。高壓(ya)下的Fe-C相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖見圖2-91,隨(sui)著壓(ya)力(li)(li)(li)增大，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)α和(he)(he)δ區域不(bu)斷(duan)減小，奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ區域不(bu)斷(duan)增大，當壓(ya)力(li)(li)(li)增加至(zhi)2000MPa時，鐵(tie)(tie)(tie)(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)α和(he)(he)8區域幾(ji)乎消(xiao)失。但(dan)與有色金屬方面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)比，壓(ya)力(li)(li)(li)對(dui)鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)材料(liao)的凝固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)組成、熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)方面的研究(jiu)依然十(shi)分貧瘠。本(ben)節將以(yi)含氮鋼（19Cr14Mn0.9N)和(he)(he)H13分別討論，壓(ya)力(li)(li)(li)對(dui)凝固(gu)(gu)過程中(zhong)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)、熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)（相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量分數(shu)(shu)、凝固(gu)(gu)模式、固(gu)(gu)／液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)線、體(ti)系(xi)氮溶解度(du)、相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅動力(li)(li)(li)和(he)(he)分配系(xi)數(shu)(shu)等）和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)參(can)數(shu)(shu)（擴(kuo)散系(xi)數(shu)(shu)）的影響規(gui)律，從而系(xi)統論述壓(ya)力(li)(li)(li)對(dui)鋼鐵(tie)(tie)(tie)(tie)材料(liao)凝固(gu)(gu)熱(re)力(li)(li)(li)學(xue)和(he)(he)動力(li)(li)(li)學(xue)的影響規(gui)律。
1. 凝固相(xiang)變
相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)是(shi)用來表(biao)征(zheng)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平衡(heng)系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)組(zu)成與熱力(li)(li)學(xue)參數(shu)(shu)（如溫度(du)和壓(ya)力(li)(li)）之間關系(xi)(xi)的(de)(de)(de)一種圖(tu)(tu)形(xing)(xing)，它可(ke)以提供(gong)壓(ya)力(li)(li)和其他相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關熱力(li)(li)學(xue)參數(shu)(shu)之間的(de)(de)(de)關系(xi)(xi)，這些熱力(li)(li)學(xue)參數(shu)(shu)包(bao)含了相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變溫度(du)和元素的(de)(de)(de)平衡(heng)分配系(xi)(xi)數(shu)(shu)等。因(yin)此，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)是(shi)探討壓(ya)力(li)(li)對(dui)熱力(li)(li)學(xue)參數(shu)(shu)影響規律的(de)(de)(de)基礎。19Cr14Mn0.9N含氮鋼在(zai)0.1MPa 下(xia)(xia)隨氮質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分數(shu)(shu)變化的(de)(de)(de)垂(chui)直截面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中凝固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變的(de)(de)(de)區(qu)(qu)域如圖(tu)(tu)2-91(a)所(suo)示(shi)(shi)。圖(tu)(tu)中存(cun)(cun)在(zai)七個(ge)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)，分別(bie)為三(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)：液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L、鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)y;三(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)：L+8、L+Y和8+γ;一個(ge)三(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共存(cun)(cun)區(qu)(qu)L+8+γ.三(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共存(cun)(cun)區(qu)(qu)L+8+γ是(shi)一個(ge)曲(qu)邊(bian)三(san)(san)(san)(san)(san)角(jiao)形(xing)(xing)，三(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)頂點（A、B和C)分別(bie)與三(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)（鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8、奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ和液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)接，且居中的(de)(de)(de)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)（奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ)位于三(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)的(de)(de)(de)下(xia)(xia)方。根據曲(qu)邊(bian)三(san)(san)(san)(san)(san)角(jiao)形(xing)(xing)的(de)(de)(de)判定(ding)原(yuan)則［137,三(san)(san)(san)(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)內發生(sheng)了包(bao)晶反應：L+δ→Y;三(san)(san)(san)(san)(san)個(ge)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)（L+8、L+y和8+γ)分別(bie)發生(sheng)了L→8、L→y和δ→y.在(zai)10MPa和100MPa下(xia)(xia)，隨氮質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分數(shu)(shu)變化的(de)(de)(de)垂(chui)直截面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)分別(bie)如圖(tu)(tu)2-92(b)和（c)所(suo)示(shi)(shi)，對(dui)比(bi)可(ke)以看出，10MPa和100MPa下(xia)(xia)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)數(shu)(shu)量(liang)(liang)(liang)和類型與0.1MPa的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同，而1000MPa下(xia)(xia)，隨氮質(zhi)量(liang)(liang)(liang)分數(shu)(shu)變化的(de)(de)(de)垂(chui)直截面(mian)(mian)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中存(cun)(cun)在(zai)兩(liang)個(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)（液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L和奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ),鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)消失，如圖(tu)(tu)2-92(d)所(suo)示(shi)(shi)。
相(xiang)圖中三(san)相(xiang)共存區(qu) L+8+y 隨壓力的變化規律如圖2-93所示(shi)，在0.1MPa、10MPa、100MPa 和(he)(he)1000MPa下，A點的坐標分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)（0.0261%,1531.84K)、（0.0259%,1532.26K)、（0.0239%,1532.79K)和(he)(he)（0%,1537.02K),B點的坐標分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)（0.889%,1593.63K)、（0.888%,1594.16K)、（0.890%,1595.75K)和(he)(he)（0.933%,1611.62K),C點的坐標分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)（0.934%,1639.76K)、（0.930%,1639.67K)、（0.926%,1641.78K)和(he)(he)（0.901%,1666.65K).隨著壓力的增加，A和(he)(he)C點向(xiang)(xiang)(xiang)低氮(dan)區(qu)移(yi)動(dong)(dong)，B點向(xiang)(xiang)(xiang)高(gao)氮(dan)區(qu)移(yi)動(dong)(dong)，整個區(qu)域向(xiang)(xiang)(xiang)高(gao)溫區(qu)移(yi)動(dong)(dong)，且三(san)相(xiang)共存區(qu)L+8+y呈(cheng)增大趨勢，曲邊(bian)三(san)角(jiao)形(xing)的形(xing)狀逐漸由(you)“?”向(xiang)(xiang)(xiang)“Δ”轉變［137],相(xiang)轉變方(fang)式逐步由(you)包(bao)晶反(fan)應(ying)（L+δ→y)向(xiang)(xiang)(xiang)共晶反(fan)應(ying)（L→8+y)過渡，即當壓力分(fen)(fen)別(bie)(bie)為(wei)0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa時，凝固過程(cheng)為(wei)包(bao)晶反(fan)應(ying)，而1000MPa時為(wei)共晶反(fan)應(ying)。
為了進一步說明(ming)壓力對(dui)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中相(xiang)轉變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)影響規(gui)律，19Cr14Mn0.9N 含氮鋼凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中鐵素(su)體(ti)和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)隨(sui)液(ye)相(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)化(hua)規(gui)律如(ru)圖(tu)2-94所(suo)示(shi)。在(zai)0.1MPa、10MPa和(he)100MPa下凝(ning)固(gu)(gu)時(shi)，鐵素(su)體(ti)相(xiang)8質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)呈現(xian)出(chu)先增(zeng)大后減(jian)(jian)小的(de)(de)(de)(de)趨勢，拐(guai)點分(fen)(fen)別(bie)為P1、P2和(he)P3,如(ru)圖(tu)2-94(a)所(suo)示(shi)；而(er)(er)(er)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)γ均呈現(xian)出(chu)連續(xu)增(zeng)大的(de)(de)(de)(de)趨勢。在(zai)0.1MPa、10MPa和(he)100MPa下鐵素(su)體(ti)相(xiang)δ質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)變(bian)(bian)化(hua)拐(guai)點P1、P2和(he)P3的(de)(de)(de)(de)溫度(du)分(fen)(fen)別(bie)與(yu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)出(chu)現(xian)位置Q1、Q2和(he)Q3的(de)(de)(de)(de)溫度(du)相(xiang)同，如(ru)圖(tu)2-94(b)所(suo)示(shi)。當(dang)高于(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)P3(Q3)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)時(shi)，鐵素(su)體(ti)相(xiang)8質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)隨(sui)著(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)小而(er)(er)(er)增(zeng)加(jia)，此時(shi)無(wu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)γ出(chu)現(xian)，即(ji)發(fa)生(sheng)液(ye)固(gu)(gu)轉變(bian)(bian)（L→8);當(dang)低于(yu)P1(Q1)、P2(Q2)和(he)P3(Q3)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)時(shi)，鐵素(su)體(ti)相(xiang)8質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)隨(sui)著(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)小而(er)(er)(er)減(jian)(jian)小，而(er)(er)(er)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)γ逐(zhu)漸增(zeng)加(jia)，即(ji)鐵素(su)體(ti)相(xiang)8隨(sui)著(zhu)(zhu)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)形成逐(zhu)漸消失(shi)，發(fa)生(sheng)包晶(jing)反應(ying)（L+8→y);而(er)(er)(er)1000MPa下，鐵素(su)體(ti)相(xiang)8和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)均隨(sui)著(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)(de)(de)減(jian)(jian)小而(er)(er)(er)逐(zhu)步增(zeng)大，直至凝(ning)固(gu)(gu)結束，表(biao)明(ming)鐵素(su)體(ti)相(xiang)δ和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)體(ti)相(xiang)γ幾(ji)乎同時(shi)從液(ye)相(xiang)中析出(chu)，即(ji)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程發(fa)生(sheng)共晶(jing)反應(ying)（L→8+y).這也證明(ming)了隨(sui)著(zhu)(zhu)壓力的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，相(xiang)轉變(bian)(bian)方(fang)式逐(zhu)漸由包晶(jing)反應(ying)（L+8→y)向(xiang)共晶(jing)反應(ying)（L→8+y)過(guo)渡。
19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝固過程(cheng)中(zhong)鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)8和奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)γ的(de)單相(xiang)(xiang)區隨壓(ya)(ya)力(li)的(de)變(bian)化(hua)(hua)規律如圖(tu)2-95所示。當壓(ya)(ya)力(li)從0.1MPa增(zeng)加到100MPa時，δ/(δ+L)相(xiang)(xiang)邊界(jie)(jie)變(bian)化(hua)(hua)較(jiao)小，8/(δ+γ)相(xiang)(xiang)邊界(jie)(jie)整體(ti)向(xiang)高溫端移(yi)動(dong)，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)8形成區域(yu)逐漸減(jian)小；當壓(ya)(ya)力(li)進(jin)一步增(zeng)加到1000MPa時，鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)8單相(xiang)(xiang)區幾乎從隨氮質量分數(shu)變(bian)化(hua)(hua)的(de)垂(chui)直(zhi)截面相(xiang)(xiang)圖(tu)中(zhong)消失，如圖(tu)2-95(a)所示，即(ji)增(zeng)加壓(ya)(ya)力(li)有助于鐵(tie)素體(ti)相(xiang)(xiang)δ的(de)消失［138].而對于奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)γ,隨著壓(ya)(ya)力(li)的(de)增(zeng)加，γ/(y+L)相(xiang)(xiang)邊界(jie)(jie)向(xiang)高溫段移(yi)動(dong)，γ/(δ+γ)相(xiang)(xiang)邊界(jie)(jie)整體(ti)向(xiang)高氮區移(yi)動(dong)，整個區域(yu)呈增(zeng)大趨(qu)勢，如圖(tu)2-95(b)所示。
2. 凝固模式
不(bu)銹鋼(gang)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式(shi)(shi)根據凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)初始(shi)相(xiang)的(de)(de)(de)種類和(he)相(xiang)轉變(bian)類型(xing)(xing)(xing)通常分為(wei)(wei)四(si)類。①F型(xing)(xing)(xing)：L→L+8→8→8+y;②FA型(xing)(xing)(xing)：L→L+8→L+8+Y→8+y;③AF型(xing)(xing)(xing)：L→L+Y→L+y+δ→8+y;④A型(xing)(xing)(xing)：L→L+y→y.凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式(shi)(shi)主(zhu)(zhu)要受合金(jin)成(cheng)(cheng)(cheng)分和(he)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)條件(jian)(jian)的(de)(de)(de)影響，在(zai)合金(jin)成(cheng)(cheng)(cheng)分一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)情況下，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式(shi)(shi)主(zhu)(zhu)要由凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)條件(jian)(jian)決定(ding)。19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼(gang)在(zai)不(bu)同(tong)壓(ya)力下的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)變(bian)順(shun)序(xu)，如圖2-96所(suo)示，鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)δ為(wei)(wei)初始(shi)相(xiang)，即19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼(gang)在(zai)各(ge)壓(ya)力下的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)模式(shi)(shi)均為(wei)(wei)FA型(xing)(xing)(xing)。以(yi)0.1MPa的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程為(wei)(wei)例，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)過程分為(wei)(wei)三(san)個階段，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)初期(qi)，發生L→8相(xiang)變(bian)反應；當固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)質量(liang)分數升至0.05左右時，發生包晶反應（L+δ→y),奧(ao)氏體(ti)相(xiang)γ開始(shi)形成(cheng)(cheng)(cheng)，鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)δ逐漸減少(shao)，此(ci)時體(ti)系(xi)中固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)由8和(he)γ共同(tong)組(zu)成(cheng)(cheng)(cheng)；在(zai)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)末期(qi)，鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)8完(wan)全消失，液相(xiang)直接(jie)轉變(bian)為(wei)(wei)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)γ(L→y),直到(dao)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結束(shu)，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)結束(shu)后(hou)，固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)為(wei)(wei)單一(yi)的(de)(de)(de)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)γ.因此(ci)，0.1MPa 下19Cr14Mn0.9N 含(han)氮鋼(gang)的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)變(bian)順(shun)序(xu)為(wei)(wei)：L→L+8→L+8+Y→L+Y→Y.
基于在10MPa、100MPa和1000MPa下19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼(gang)凝(ning)固(gu)相變順序(xu)可(ke)知，當(dang)壓力(li)從0.1MPa增加到100MPa時，19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼(gang)的凝(ning)固(gu)模式(shi)依舊為(wei)(wei)FA型。然而，當(dang)壓力(li)達到1000MPa時，凝(ning)固(gu)過程中包(bao)晶反應（L+8→y)轉變為(wei)(wei)共晶反應（L→8+y),其相轉變順序(xu)發(fa)生明顯(xian)變化，如圖2-96所示。1000MPa下凝(ning)固(gu)相變順序(xu)可(ke)歸結(jie)為(wei)(wei)：L→L+8→L+8+Y→8+γ.
此(ci)外，當(dang)壓力(li)逐漸由(you)(you)0.1MPa增加至1000MPa時(shi)(shi)，L→8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)的(de)(de)溫度區間由(you)(you)3.86K降(jiang)至0.079K,奧氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ形(xing)成(cheng)時(shi)(shi)的(de)(de)固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分數由(you)(you)0.05降(jiang)至0.00075（圖(tu)2-96),同時(shi)(shi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中C點（圖(tu)2-93)氮(dan)(dan)質(zhi)量分數由(you)(you)0.934%降(jiang)低至0.901%,固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分數十(shi)分逼近本(ben)體(ti)(ti)(ti)氮(dan)(dan)質(zhi)量分數0.9%,即(ji)L→8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)(bian)區間基本(ben)消失。因此(ci)，隨著壓力(li)的(de)(de)增加，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼(gang)的(de)(de)凝(ning)固(gu)模式呈現由(you)(you)FA型向A型轉(zhuan)變(bian)(bian)的(de)(de)趨勢(shi)，這主要是由(you)(you)于(yu)增加壓力(li)有助于(yu)比體(ti)(ti)(ti)積(ji)小的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)形(xing)成(cheng)（γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)比體(ti)(ti)(ti)積(ji)小于(yu)8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)）,即(ji)加壓抑制了8相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成(cheng)，使(shi)凝(ning)固(gu)模式發生(sheng)改變(bian)(bian)。
3. 固(gu)／液相線
凝固存在凝固潛熱(re)的釋放(fang)和(he)體積的收縮(suo)，屬于一級(ji)相變，因(yin)而可以采(cai)用克拉佩龍方程來描述壓力與相變溫度之間的關系，即
4. 氮溶解度
溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)是影響合金體系氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)的(de)(de)重(zhong)(zhong)要因(yin)素(su)之(zhi)(zhi)一。從(cong)圖2-98中可(ke)以看出(chu)，隨(sui)著(zhu)液相(xiang)(xiang)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)降低，19Cr14MnxN 凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過程中氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)逐漸升高，直到(dao)(dao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降至液相(xiang)(xiang)線（凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)初期）時達(da)到(dao)(dao)一個(ge)峰值（A點(dian)(dian)）。隨(sui)著(zhu)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)進(jin)行，發生(sheng)L→8液固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)轉變(bian)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)較小(xiao)的(de)(de)鐵(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8形(xing)成，導致了體系的(de)(de)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)迅速(su)降低，直到(dao)(dao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降至奧氏(shi)體相(xiang)(xiang)γ析出(chu)點(dian)(dian)（即L+δ→y轉變(bian)點(dian)(dian)），此時體系氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)最小(xiao)（B點(dian)(dian)），即出(chu)現(xian)“鐵(tie)素(su)體阱（ferrite trap)”［140],如(ru)圖2-99所示。隨(sui)著(zhu)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)繼續(xu)進(jin)行，固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)中鐵(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8的(de)(de)質(zhi)(zhi)量分數(shu)(shu)減小(xiao)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)較大的(de)(de)奧氏(shi)體相(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)應地增(zeng)加，體系氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)又逐步增(zeng)大，直到(dao)(dao)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)降至固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)線（凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)結(jie)束，即C點(dian)(dian)）。凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)結(jie)束后，隨(sui)著(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)繼續(xu)降低，體系氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)將繼續(xu)增(zeng)大，這主(zhu)要是由體系發生(sheng)固(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)轉變(bian)δ→y(C和(he)(he)D點(dian)(dian)之(zhi)(zhi)間(jian)）和(he)(he)奧氏(shi)體相(xiang)(xiang)γ中氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)隨(sui)著(zhu)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)的(de)(de)降低而增(zeng)加（D和(he)(he)E點(dian)(dian)之(zhi)(zhi)間(jian)）兩方面(mian)原因(yin)所導致的(de)(de)。此外(wai)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)在(zai)C和(he)(he)D點(dian)(dian)之(zhi)(zhi)間(jian)的(de)(de)增(zeng)長速(su)率明顯大于D和(he)(he)E點(dian)(dian)之(zhi)(zhi)間(jian)，這主(zhu)要歸因(yin)于C和(he)(he)D點(dian)(dian)之(zhi)(zhi)間(jian)貧氮(dan)(dan)(dan)(dan)相(xiang)(xiang)（鐵(tie)素(su)體相(xiang)(xiang)8)的(de)(de)消失加速(su)了體系氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)的(de)(de)增(zeng)長。在(zai)整(zheng)個(ge)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過程中（A和(he)(he)C點(dian)(dian)之(zhi)(zhi)間(jian)），氮(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)解(jie)(jie)(jie)度(du)(du)的(de)(de)變(bian)化(hua)范圍為0.255%~0.648%.由此可(ke)見(jian)，在(zai)0.1MPa下，19Cr14Mn鋼中氮(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)質(zhi)(zhi)量分數(shu)(shu)達(da)到(dao)(dao)0.9%而不產生(sheng)嚴(yan)重(zhong)(zhong)的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氣孔缺陷，是很難實現(xian)的(de)(de)。
0.1MPa、1MPa和2MPa下19Cr14MnxN氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)隨(sui)壓力(li)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化規(gui)(gui)律(lv)如圖2-99所示(shi)，0.1MPa下，氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)隨(sui)壓力(li)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化規(gui)(gui)律(lv)存(cun)在明顯的(de)(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)阱，“鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)阱”本質上是在固相(xiang)中奧(ao)氏體(ti)(ti)形成(cheng)(cheng)元素(su)質量分數較低的(de)(de)(de)(de)情(qing)況(kuang)下，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)相(xiang)δ在凝(ning)固初期析出(chu)，導(dao)致體(ti)(ti)系氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)快(kuai)速降(jiang)低的(de)(de)(de)(de)現象；凝(ning)固過(guo)程(cheng)中鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)阱的(de)(de)(de)(de)出(chu)現會(hui)加劇(ju)局部氮(dan)析出(chu)的(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢(shi)(shi)，造成(cheng)(cheng)局部氮(dan)分布(bu)均勻性(xing)差等缺陷(xian)，更甚者會(hui)導(dao)致大(da)量氣(qi)孔缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)，進而(er)(er)影響后續加工工藝(yi)，大(da)幅(fu)度(du)降(jiang)低了材(cai)料的(de)(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)材(cai)率(lv)。然而(er)(er)，隨(sui)著壓力(li)的(de)(de)(de)(de)增(zeng)加，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)阱減小(xiao)，當壓力(li)增(zeng)加到(dao)1MPa時，鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)阱完全消失，且在體(ti)(ti)系整個凝(ning)固過(guo)程(cheng)中，氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)始終處于增(zeng)大(da)的(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢(shi)(shi)。因此，對19Cr14MnxN而(er)(er)言，增(zeng)加壓力(li)能夠(gou)有效地增(zeng)加體(ti)(ti)系氮(dan)溶(rong)(rong)解(jie)度(du)，避免鐵(tie)(tie)素(su)體(ti)(ti)阱的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)，從而(er)(er)減小(xiao)了凝(ning)固過(guo)程(cheng)中氣(qi)孔缺陷(xian)的(de)(de)(de)(de)形成(cheng)(cheng)趨(qu)勢(shi)(shi)。
5. 元(yuan)素分配系數
凝固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中，合金元素(su)在固(gu)／液界(jie)面處(chu)發(fa)生質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數的(de)(de)再分(fen)(fen)配(pei)(pei)，導致了合金元素(su)在鑄錠內分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)不均勻性，最終形成偏析(xi)。溶(rong)質(zhi)再分(fen)(fen)配(pei)(pei)的(de)(de)程(cheng)度通(tong)常采用溶(rong)質(zhi)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系數ko進行表征，即平衡凝固(gu)過(guo)(guo)程(cheng)中固(gu)相中溶(rong)質(zhi)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數Cs與液相中溶(rong)質(zhi)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數CL之間比值：
對于(yu)二元合金(jin)(jin)體系(xi)(xi)，溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)o通常(chang)可(ke)以由相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖中(zhong)固(gu)／液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)線斜率(lv)獲得(de)；而對于(yu)多元合金(jin)(jin)體系(xi)(xi)，難(nan)以利(li)用相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖進行計算，但(dan)可(ke)基于(yu)準確可(ke)靠的熱(re)力學數(shu)(shu)據(ju)，利(li)用溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)在(zai)固(gu)／液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)化學位相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)等的原理進行計算。由于(yu)19Cr14Mn0.9N含氮鋼(gang)凝(ning)固(gu)時，固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變過程(cheng)中(zhong)存在(zai)鐵素(su)體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏體相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ共存的階段，因(yin)而結合凝(ning)固(gu)過程(cheng)中(zhong)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)以及各相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)元素(su)質(zhi)(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)，采用式（2-177)可(ke)計算各元素(su)的溶(rong)(rong)質(zhi)(zhi)分(fen)配(pei)系(xi)(xi)數(shu)(shu)，即
式中，k為(wei)元(yuan)素(su)i的分(fen)配系數；ws和wy分(fen)別為(wei)鐵(tie)素(su)體相(xiang)8和奧(ao)氏體相(xiang)γ的質量(liang)分(fen)數；Cs,i和Cy,;分(fen)別為(wei)元(yuan)素(su)i在鐵(tie)素(su)體相(xiang)8和奧(ao)氏體相(xiang)γ中的質量(liang)分(fen)數。
在(zai)(zai)0.1MPa下(xia)的(de)(de)(de)(de)凝固過(guo)(guo)程中，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼(gang)各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)溶(rong)(rong)質(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化規律如(ru)圖(tu)2-100所示。固相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)組(zu)成由單(dan)一鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)δ過(guo)(guo)渡到鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)δ和(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ共(gong)存時，各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)變(bian)化趨勢(shi)出(chu)現(xian)了明顯的(de)(de)(de)(de)拐點，這主要是由于(yu)各(ge)(ge)元(yuan)在(zai)(zai)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)差異較(jiao)大(da)。結合(he)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)鋼(gang)凝固時的(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)變(bian)順序可(ke)知，在(zai)(zai)凝固初(chu)期(qi)，固相(xiang)(xiang)為單(dan)一鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8,鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)δ中各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)溶(rong)(rong)質(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)為：kc(0.092)<kN(0.185)<Mn(0.796)<Mo(0.822)<kGr(0.901)<ksi(0.960).在(zai)(zai)凝固末期(qi)，固相(xiang)(xiang)為單(dan)一奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ,奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中各(ge)(ge)元(yuan)素(su)(su)溶(rong)(rong)質(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)分(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)為：kc(0.347)<kM.(0.634)<N(0.769)<kcr(0.839)<Mn(0.883)<ksi(1.048).由此可(ke)知，碳、氮(dan)(dan)、錳和(he)(he)(he)硅在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)大(da)于(yu)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8,因而(er)，在(zai)(zai)發生L+8→γ轉變(bian)時，鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8減少(shao)，奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ增加，致使碳、氮(dan)(dan)、錳和(he)(he)(he)硅的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)隨著液相(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)減小(xiao)逐漸(jian)增大(da)。而(er)對于(yu)鉬和(he)(he)(he)鉻(ge)，它們在(zai)(zai)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)γ中的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)小(xiao)于(yu)鐵(tie)(tie)(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)8,導致鉬和(he)(he)(he)鉻(ge)的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)數(shu)(shu)(shu)隨著液相(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)(fen)(fen)(fen)數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)減小(xiao)而(er)逐漸(jian)減小(xiao)，如(ru)圖(tu)2-100所示。
在(zai)(zai)10MPa 和(he)(he)(he)(he)100MPa下，各(ge)元(yuan)素(su)(su)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)隨(sui)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)變(bian)化規律(lv)與0.1MPa的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)同，如圖(tu)2-101所(suo)示。而(er)(er)(er)在(zai)(zai)1000MPa下，除凝(ning)固初期（液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)(shu)十分(fen)(fen)接近于(yu)(yu)(yu)1時(shi)）固相(xiang)(xiang)(xiang)由單一鐵(tie)素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8組成(cheng)外(wai)，在(zai)(zai)后(hou)續凝(ning)固過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)，由于(yu)(yu)(yu)發生了共晶轉變(bian)L→y+8,固相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)(he)奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)量均隨(sui)著(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)而(er)(er)(er)增大(da)，因而(er)(er)(er)各(ge)元(yuan)素(su)(su)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)為平(ping)滑(hua)曲(qu)線，無(wu)明顯拐點出(chu)現，如圖(tu)2-101所(suo)示。此外(wai)，隨(sui)著(zhu)壓(ya)(ya)力(li)的(de)(de)增加(jia)，鉬(mu)(mu)和(he)(he)(he)(he)錳(meng)(meng)的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)均減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)，且錳(meng)(meng)的(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)幅度(du)大(da)于(yu)(yu)(yu)鉬(mu)(mu)，因而(er)(er)(er)壓(ya)(ya)力(li)有利于(yu)(yu)(yu)枝(zhi)(zhi)晶間(jian)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鉬(mu)(mu)和(he)(he)(he)(he)錳(meng)(meng)的(de)(de)富(fu)集，進而(er)(er)(er)加(jia)劇(ju)了鉬(mu)(mu)和(he)(he)(he)(he)錳(meng)(meng)的(de)(de)微觀偏析，如圖(tu)2-102所(suo)示。對于(yu)(yu)(yu)元(yuan)素(su)(su)碳、氮和(he)(he)(he)(he)鉻，元(yuan)素(su)(su)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)隨(sui)著(zhu)壓(ya)(ya)增加(jia)而(er)(er)(er)增大(da)，且始(shi)終小(xiao)(xiao)(xiao)于(yu)(yu)(yu)1,因而(er)(er)(er)增加(jia)壓(ya)(ya)力(li)有助于(yu)(yu)(yu)緩解(jie)其在(zai)(zai)枝(zhi)(zhi)晶間(jian)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)富(fu)集，從而(er)(er)(er)減(jian)輕(qing)碳、氮和(he)(he)(he)(he)鉻的(de)(de)微觀偏析。對于(yu)(yu)(yu)硅元(yuan)素(su)(su)，壓(ya)(ya)力(li)一定時(shi)，凝(ning)固過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)其分(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)從小(xiao)(xiao)(xiao)于(yu)(yu)(yu)1逐步向大(da)于(yu)(yu)(yu)1過(guo)(guo)渡，使得枝(zhi)(zhi)晶間(jian)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)硅的(de)(de)濃度(du)呈現出(chu)先增大(da)后(hou)減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)趨(qu)勢；而(er)(er)(er)當壓(ya)(ya)力(li)增加(jia)到1000MPa時(shi)，整個(ge)凝(ning)固過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)硅的(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)始(shi)終大(da)于(yu)(yu)(yu)1,枝(zhi)(zhi)晶間(jian)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)硅的(de)(de)濃度(du)隨(sui)著(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)而(er)(er)(er)減(jian)小(xiao)(xiao)(xiao)，進而(er)(er)(er)導致枝(zhi)(zhi)晶界處貧硅，偏析加(jia)劇(ju)。
6. 元素擴散系數
擴散是指晶體中原子（或(huo)(huo)離(li)子）由熱運動(dong)產生的(de)(de)遷(qian)移過(guo)程，合金(jin)(jin)元素的(de)(de)擴自(zi)始至終貫穿金(jin)(jin)屬或(huo)(huo)者合金(jin)(jin)發生相變、組織轉(zhuan)變、結晶和再(zai)結晶等過(guo)程。各(ge)元素的(de)(de)擴散系數D是體系的(de)(de)動(dong)態性(xing)質(zhi)(zhi)之一(yi)，由菲克第一(yi)定律可知，擴散系數是元素在單(dan)位時間每單(dan)位濃(nong)度梯度的(de)(de)條(tiao)件(jian)下沿擴散方向垂直通過(guo)單(dan)位面積(ji)的(de)(de)質(zhi)(zhi)量(liang)或(huo)(huo)物質(zhi)(zhi)的(de)(de)量(liang)，可由阿倫尼烏(wu)斯方程進行描(miao)述(shu)，即(ji)
式(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，kb為玻(bo)爾茲曼常數(shu)(shu)(shu)(shu)；ΔGm為擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)(ji)活(huo)能；T為溫度(du)(du)；A為常數(shu)(shu)(shu)(shu)。式(shi)（2-178)適用于(yu)所有類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固態(tai)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)過程(cheng)，不(bu)同(tong)(tong)元(yuan)素(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區別(bie)僅僅在(zai)于(yu)A和(he)(he)ΔGm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)。從(cong)式(shi)（2-178)可以(yi)看出，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)隨著(zhu)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)(ji)活(huo)能ΔGm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大而(er)(er)減小(xiao)(xiao)(xiao)；反之，激(ji)(ji)活(huo)能ΔGm越(yue)小(xiao)(xiao)(xiao)，元(yuan)素(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)越(yue)大，元(yuan)素(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)越(yue)容易。19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼(gang)凝(ning)固過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)8和(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)γ中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)各元(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)不(bu)同(tong)(tong)壓力(li)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)如(ru)圖2-103所示。鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)素(su)(su)(su)i(i=碳(tan)、氮(dan)、錳(meng)、鉬(mu)(mu)、鉻(ge)和(he)(he)硅(gui)(gui)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)均(jun)比(bi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)大1~2個(ge)數(shu)(shu)(shu)(shu)量級，這主要是由于(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)胞（面心(xin)(xin)立方）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)致密度(du)(du)為0.74,大于(yu)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)晶(jing)(jing)胞（體(ti)(ti)心(xin)(xin)立方）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)致密度(du)(du)（0.68),而(er)(er)致密度(du)(du)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)(jing)體(ti)(ti)結構中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)，原(yuan)子(zi)(zi)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)激(ji)(ji)活(huo)能較高(gao)，擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)較小(xiao)(xiao)(xiao)。此外(wai)，間(jian)隙(xi)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)(ji)活(huo)能均(jun)比(bi)置(zhi)換原(yuan)子(zi)(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)［145],因(yin)此元(yuan)素(su)(su)(su)碳(tan)和(he)(he)氮(dan)無論在(zai)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)還是奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)均(jun)比(bi)元(yuan)素(su)(su)(su)錳(meng)、鉬(mu)(mu)、鉻(ge)和(he)(he)硅(gui)(gui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大2~3個(ge)數(shu)(shu)(shu)(shu)量級，如(ru)圖2-103所示。同(tong)(tong)時隨著(zhu)壓力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，碳(tan)和(he)(he)氮(dan)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)化量均(jun)大于(yu)錳(meng)、鉬(mu)(mu)、鉻(ge)和(he)(he)硅(gui)(gui)；增(zeng)加(jia)壓力(li)減小(xiao)(xiao)(xiao)了(le)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)和(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，抑制了(le)氮(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)；增(zeng)加(jia)壓力(li)減小(xiao)(xiao)(xiao)了(le)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，但增(zeng)大了(le)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)，加(jia)速了(le)其中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)。因(yin)此，增(zeng)加(jia)壓力(li)對不(bu)同(tong)(tong)元(yuan)素(su)(su)(su)在(zai)不(bu)同(tong)(tong)相(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響不(bu)同(tong)(tong)，但總體(ti)(ti)來講，壓力(li)對擴(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響較小(xiao)(xiao)(xiao)，在(zai)100MPa以(yi)內可以(yi)忽略(lve)。
7. 晶粒形核
a. 臨界形核半徑
根據經(jing)典形(xing)核理論可知，均質(zhi)形(xing)核過程(cheng)中臨形(xing)核半徑(jing)r與相變(bian)驅動力ΔGL→S,P之(zhi)間的關系(xi)為
在19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼(gang)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)可由Thermo-Calc 熱(re)力(li)(li)學軟件(jian)進(jin)行計(ji)算，結果如圖2-104所(suo)示。凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化規律與鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)和(he)奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數基本相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同。體(ti)(ti)系在0.1MPa、10MPa和(he)100MPa下凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)時(shi)(shi)，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)隨(sui)著(zhu)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數的(de)(de)(de)(de)(de)(de)減小(xiao)呈(cheng)現出先增(zeng)大(da)后減小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢(shi)。凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)初期(qi)發生(sheng)L→8轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ為(wei)生(sheng)成相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)隨(sui)著(zhu)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)進(jin)行而(er)不斷增(zeng)大(da)，直至(zhi)發生(sheng)L+8→γ轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)。此時(shi)(shi)，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)達(da)到(dao)峰(feng)值，且(qie)壓(ya)(ya)力(li)(li)越(yue)大(da)，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)峰(feng)值越(yue)小(xiao)，而(er)達(da)到(dao)峰(feng)值時(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)數越(yue)大(da)，因此加壓(ya)(ya)有(you)助于鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)提前達(da)到(dao)峰(feng)值；隨(sui)著(zhu)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)繼續(xu)進(jin)行，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ逐步向奧(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ轉(zhuan)(zhuan)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)，其相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)不斷減小(xiao)，直至(zhi)鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8消(xiao)失。而(er)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)壓(ya)(ya)力(li)(li)為(wei)1000MPa時(shi)(shi)，鐵(tie)素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)驅(qu)(qu)動(dong)(dong)力(li)(li)在整個凝(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中呈(cheng)持續(xu)增(zeng)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)趨(qu)勢(shi)。
相(xiang)(xiang)(xiang)比之下，在0.1MPa、10MPa、100MPa和1000MPa的凝固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)，無論L→Y、L+8→y,還是(shi)(shi)L→8+y轉變(bian)，奧(ao)(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ作(zuo)為生(sheng)成(cheng)相(xiang)(xiang)(xiang)，其相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅動(dong)(dong)力(li)變(bian)化(hua)呈單調性，均隨著(zhu)壓力(li)的增加而增大(da)。因此，增加壓力(li)有(you)助于(yu)提升凝固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)相(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)趨勢，即均增大(da)了(le)L→8、L→γ以及L+8→y相(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)生(sheng)成(cheng)相(xiang)(xiang)(xiang)的相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)驅動(dong)(dong)力(li)，有(you)利于(yu)促進(jin)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼凝固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)的進(jin)行(xing)，這主要是(shi)(shi)因為鐵素體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ和奧(ao)(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的比體(ti)積均小于(yu)液相(xiang)(xiang)(xiang)。
根據式(shi)（2-179),不同壓力(li)下晶粒(li)的(de)臨界形核(he)半(ban)徑與(yu)相(xiang)變驅動(dong)力(li)的(de)關系(xi)為(wei)
b. 形核率
單(dan)(dan)位體積液相在單(dan)(dan)位時間內所(suo)形(xing)成的(de)晶(jing)核數目稱(cheng)為形(xing)核率，經(jing)典形(xing)核理(li)論給出了形(xing)核率N與(yu)擴散激活能ΔGm和形(xing)核功(gong)ΔG*之(zhi)間的(de)關系(xi)，即
從(cong)式(shi)（2-185)中可(ke)以(yi)看出，形(xing)核(he)功ΔG隨(sui)著相變驅動(dong)力(li)(li)ΔGL→s,P的(de)增(zeng)大(da)而(er)減小，因此增(zeng)加凝固壓(ya)力(li)(li)有利于(yu)形(xing)核(he)功ΔG的(de)降(jiang)低（ΔG+ΔP<ΔG),進而(er)增(zeng)大(da)形(xing)核(he)率N.此外，從(cong)壓(ya)力(li)(li)對擴(kuo)散(san)系數的(de)影響可(ke)以(yi)得(de)出，隨(sui)著壓(ya)力(li)(li)的(de)增(zeng)加，擴(kuo)散(san)激活(huo)能(neng)ΔGm的(de)變化較(jiao)(jiao)小，在較(jiao)(jiao)低壓(ya)力(li)(li)下，擴(kuo)散(san)激活(huo)能(neng)ΔG的(de)變化可(ke)以(yi)忽略。結合式(shi)（2-183)可(ke)知(zhi)，加壓(ya)通過減小形(xing)核(he)功ΔG,使得(de)形(xing)核(he)率N呈指(zhi)數增(zeng)長(chang)，達到細化晶粒的(de)效果。
8. 密度(du)和熱(re)膨(peng)脹系數
密度表(biao)示(shi)(shi)物質(zhi)疏密程(cheng)度，H13密度隨(sui)(sui)(sui)壓(ya)(ya)力和(he)(he)(he)溫(wen)度的(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲線如圖2-105所(suo)示(shi)(shi)。其中，點(dian)S1、E1、B1、L1、S2、E2、B2和(he)(he)(he)L2分(fen)別(bie)(bie)(bie)對(dui)應H13凝(ning)固過(guo)程(cheng)中的(de)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)開(kai)始和(he)(he)(he)結束點(dian)；S1和(he)(he)(he)S2分(fen)別(bie)(bie)(bie)代(dai)(dai)表(biao)不同(tong)壓(ya)(ya)力下(xia)(xia)H13的(de)固相(xiang)點(dian)；E1和(he)(he)(he)E2分(fen)別(bie)(bie)(bie)代(dai)(dai)表(biao)不同(tong)壓(ya)(ya)力下(xia)(xia)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)L→γ開(kai)始點(dian)；B1和(he)(he)(he)B2分(fen)別(bie)(bie)(bie)代(dai)(dai)表(biao)不同(tong)壓(ya)(ya)力下(xia)(xia)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)L+8→y開(kai)始點(dian)；L1和(he)(he)(he)L2分(fen)別(bie)(bie)(bie)代(dai)(dai)表(biao)不同(tong)壓(ya)(ya)力下(xia)(xia)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)L→8開(kai)始點(dian)，即H13的(de)凝(ning)固開(kai)始點(dian)；L1Lo(0.1MPa、1MPa和(he)(he)(he)2MPa)和(he)(he)(he)L2Lo(1000MPa)表(biao)示(shi)(shi)液(ye)相(xiang)密度隨(sui)(sui)(sui)溫(wen)度的(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲線，相(xiang)應固相(xiang)密度隨(sui)(sui)(sui)溫(wen)度的(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲線分(fen)別(bie)(bie)(bie)如線S1So和(he)(he)(he)S2So所(suo)示(shi)(shi)。線L2Lo和(he)(he)(he)L1Lo、S2So和(he)(he)(he)S1So相(xiang)互重(zhong)合，表(biao)明壓(ya)(ya)力從(cong)0.1MPa增加至1000MPa時，壓(ya)(ya)力對(dui)固相(xiang)液(ye)相(xiang)密度以(yi)及熱膨脹系數(shu)的(de)影(ying)響幾乎可(ke)以(yi)忽略不計(ji)，熱膨脹系數(shu)約為2x10-4。
S1L1(0.1Mpa、1MPa和2MPa)和S2L2(1000MPa)分(fen)別代表不同壓力下液、δ和γ混合(he)相密度(du)隨溫(wen)度(du)的變化規律。當溫(wen)度(du)一(yi)定時，壓力從0.1MPa 增加(jia)至1000MPa,混合(he)相密度(du)變化幅度(du)較大(da)，其主要原因如下：
a. 加壓提高了固（S1→S2)、液相(xiang)溫度(du)（L→L2),使得凝(ning)固區(qu)間向高溫區(qu)移(yi)動（S,L1S2L2),進而導致(zhi)在溫度(du)一定時，混合相(xiang)中固相(xiang)的體積分(fen)數增大，液相(xiang)體積分(fen)數相(xiang)應減小。
b. 混合相(xiang)(xiang)中，固相(xiang)(xiang)密度(du)（8和γ)大于液(ye)相(xiang)(xiang)密度(du)，且隨壓力的變化幅度(du)較(jiao)小。
此外，凝固過程中(zhong)（S1L1和(he)S2L2),密度的波(bo)動主要由相(xiang)變（L→y;L+δ→Y和(he)L→8)導致(zhi)各相(xiang)體積分數變化所導致(zhi)。
9. 焓、凝固(gu)潛熱以(yi)及(ji)比熱
焓(han)為(wei)熱(re)力學中表示(shi)物(wu)質系統能量(liang)狀態的一個狀態參(can)數，每(mei)千(qian)克物(wu)質的焓(han)為(wei)比焓(han)，即
式(shi)(shi)中(zhong)，h為比(bi)焓；m為質量；U為內能(neng)；P為壓(ya)力(li)(li)(li)；V為體積(ji)。由式(shi)(shi)（2-186)可知，當(dang)(dang)內能(neng)和質量一定時(shi)(shi)(shi)(shi)，比(bi)焓h與PV成正(zheng)比(bi)。當(dang)(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)小于(yu)1000MPa時(shi)(shi)(shi)(shi)，加(jia)壓(ya)對(dui)液相(xiang)和固(gu)相(xiang)密度的影響幾乎(hu)可以忽略不計(ji)，因而對(dui)體積(ji)的影響微(wei)乎(hu)其微(wei)。那么，比(bi)焓主(zhu)要受(shou)壓(ya)力(li)(li)(li)的影響，當(dang)(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)從0.1MPa增加(jia)至1000MPa時(shi)(shi)(shi)(shi)，比(bi)焓明顯(xian)增大(da)，但當(dang)(dang)壓(ya)力(li)(li)(li)低于(yu)2MPa時(shi)(shi)(shi)(shi)，比(bi)焓幾乎(hu)保持不變，如(ru)圖2-106所示。在凝(ning)固(gu)過程中(zhong)（L1S1和L2S2),當(dang)(dang)溫度一定時(shi)(shi)(shi)(shi)，H13整個熱力(li)(li)(li)學體系的比(bi)焓隨壓(ya)力(li)(li)(li)的變化趨勢非常復雜，主(zhu)要原因如(ru)下：
a. 凝(ning)固過(guo)程中存在凝(ning)固潛(qian)熱的釋放，且潛(qian)熱釋放與固相體積分(fen)數直接(jie)相關。
b. 當溫度(du)一定時，固相體積分數隨(sui)不同壓力的變化(hua)而(er)變化(hua)。
根(gen)據比焓(han)隨溫度的(de)(de)(de)變(bian)化曲線(xian)，可(ke)(ke)得(de)H13的(de)(de)(de)凝(ning)固(gu)潛熱為(wei)221.3kJ/kgl1511;由(you)比焓(han)溫度變(bian)化曲線(xian)的(de)(de)(de)斜率可(ke)(ke)得(de)，液(ye)、固(gu)相比熱分(fen)比為(wei)822.8J/(kg·K)和679.5J/(kg·K).當壓力低于1000MPa時，凝(ning)固(gu)潛熱，液(ye)、固(gu)相比熱隨壓力的(de)(de)(de)變(bian)化均可(ke)(ke)忽(hu)略(lve)不計，如(ru)圖2-106所(suo)示。
