在加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)冶煉(lian)過(guo)程(cheng)中(zhong)，壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)控制對(dui)保障高(gao)氮鋼具備(bei)致(zhi)密的(de)(de)宏觀(guan)組織和(he)(he)(he)優異性能尤為重要(yao)。目前，經證實，壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)主要(yao)通過(guo)兩種方(fang)式(shi)對(dui)凝固過(guo)程(cheng)和(he)(he)(he)組織產(chan)生(sheng)影響：一種方(fang)式(shi)是宏觀(guan)尺度上機械作(zuo)用(yong)導致(zhi)的(de)(de)物理變(bian)(bian)化(hua)，如改變(bian)(bian)鑄錠和(he)(he)(he)鑄型間的(de)(de)熱(re)交換(huan)、冷卻速率(lv)以及充(chong)型過(guo)程(cheng)的(de)(de)控制等，另(ling)一種方(fang)式(shi)是微(wei)觀(guan)尺度上的(de)(de)熱(re)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)(he)(he)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數變(bian)(bian)化(hua)，壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)作(zuo)為基本熱(re)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數之一，對(dui)有(you)氣相參(can)與的(de)(de)冶金(jin)反(fan)應(ying)和(he)(he)(he)凝固過(guo)程(cheng)具有(you)十分重要(yao)的(de)(de)影響；增加(jia)(jia)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)在提高(gao)冶金(jin)反(fan)應(ying)速率(lv)的(de)(de)同時，能夠(gou)顯著(zhu)增加(jia)(jia)鋼液中(zhong)氮、鈣和(he)(he)(he)鎂的(de)(de)溶(rong)解度，提高(gao)其收得率(lv)，進而(er)充(chong)分發揮其凈(jing)化(hua)鋼液或合金(jin)化(hua)作(zuo)用(yong)；在低壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)凝固過(guo)程(cheng)中(zhong)，壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)(li)(li)對(dui)相圖、凝固熱(re)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)(he)(he)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數的(de)(de)影響可以忽略(lve)不計，但在高(gao)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)下，相圖、凝固熱(re)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)和(he)(he)(he)動(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)(xue)(xue)參(can)數隨(sui)之發生(sheng)改變(bian)(bian)，進而(er)改變(bian)(bian)常規條件下的(de)(de)凝固模式(shi)，從(cong)而(er)有(you)利于(yu)一些新(xin)相或新(xin)材料結構(gou)的(de)(de)生(sheng)成。
壓(ya)力對材(cai)料(liao)(liao)(liao)組織和(he)(he)性能(neng)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響已經引起了(le)廣泛(fan)關注，自(zi)諾貝(bei)爾獎(jiang)獲得者Bridgman 開展相關研究(jiu)(jiu)(jiu)以(yi)來,材(cai)料(liao)(liao)(liao)熱(re)力學(xue)和(he)(he)動(dong)力學(xue)參數(shu)隨壓(ya)力的(de)(de)(de)(de)變化(hua)規律(lv)就已經得到了(le)大量(liang)研究(jiu)(jiu)(jiu),這(zhe)(zhe)些研究(jiu)(jiu)(jiu)主(zhu)要(yao)(yao)采用(yong)相圖計算（calculation of phasediagram,CALPHAD)的(de)(de)(de)(de)方式完成(cheng)(cheng)，且主(zhu)要(yao)(yao)集中在有色(se)金(jin)屬合金(jin)材(cai)料(liao)(liao)(liao)方面，如(ru)Bi-Sb、Al-Ge、Al-Si、Al-Zn和(he)(he)Cd-Zn等(deng);所研究(jiu)(jiu)(jiu)的(de)(de)(de)(de)熱(re)力學(xue)和(he)(he)動(dong)力學(xue)參數(shu)主(zhu)要(yao)(yao)包括(kuo)相圖、摩爾體積(ji)、共(gong)晶溫度、初始轉(zhuan)變相類型、共(gong)晶點成(cheng)(cheng)分、晶粒形核以(yi)及擴(kuo)散(san)系(xi)數(shu)等(deng)方面。研究(jiu)(jiu)(jiu)表明，高壓(ya)下（數(shu)量(liang)級約為10GPa)的(de)(de)(de)(de)熱(re)力學(xue)和(he)(he)動(dong)力學(xue)參數(shu)與常壓(ya)下存(cun)在明顯差異(yi)(yi),而這(zhe)(zhe)些差異(yi)(yi)有助于闡明壓(ya)力對組織的(de)(de)(de)(de)影(ying)響機(ji)理。
同樣，在壓力(li)影響(xiang)鋼鐵(tie)熱力(li)學(xue)(xue)和(he)(he)(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)參數(shu)(shu)方面(mian)，有研究人員初步探討(tao)了鋼鐵(tie)材(cai)料在高(gao)(gao)壓下的(de)相轉變、固(gu)(gu)／液(ye)相線(xian)溫度和(he)(he)(he)(he)擴散系(xi)(xi)數(shu)(shu)等(deng)。所(suo)選體(ti)系(xi)(xi)有Fe-C和(he)(he)(he)(he)Fe-Mn-C(高(gao)(gao)錳鋼）等(deng)。高(gao)(gao)壓下的(de)Fe-C相圖(tu)見圖(tu)2-91,隨著(zhu)壓力(li)增(zeng)(zeng)大(da)，鐵(tie)素體(ti)相α和(he)(he)(he)(he)δ區域(yu)不斷(duan)減(jian)小，奧氏(shi)體(ti)相γ區域(yu)不斷(duan)增(zeng)(zeng)大(da)，當壓力(li)增(zeng)(zeng)加(jia)至2000MPa時，鐵(tie)素體(ti)相α和(he)(he)(he)(he)8區域(yu)幾乎消失。但與(yu)有色金屬方面(mian)相比，壓力(li)對(dui)鋼鐵(tie)材(cai)料的(de)凝(ning)固(gu)(gu)相組(zu)成、熱力(li)學(xue)(xue)和(he)(he)(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)參數(shu)(shu)方面(mian)的(de)研究依然十分(fen)貧瘠。本節將以含氮(dan)鋼（19Cr14Mn0.9N)和(he)(he)(he)(he)H13分(fen)別討(tao)論(lun)，壓力(li)對(dui)凝(ning)固(gu)(gu)過(guo)程中相變、熱力(li)學(xue)(xue)（相質(zhi)量分(fen)數(shu)(shu)、凝(ning)固(gu)(gu)模式、固(gu)(gu)／液(ye)相線(xian)、體(ti)系(xi)(xi)氮(dan)溶解度、相變驅(qu)動(dong)(dong)力(li)和(he)(he)(he)(he)分(fen)配系(xi)(xi)數(shu)(shu)等(deng)）和(he)(he)(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)參數(shu)(shu)（擴散系(xi)(xi)數(shu)(shu)）的(de)影響(xiang)規律(lv)(lv)，從而(er)系(xi)(xi)統論(lun)述壓力(li)對(dui)鋼鐵(tie)材(cai)料凝(ning)固(gu)(gu)熱力(li)學(xue)(xue)和(he)(he)(he)(he)動(dong)(dong)力(li)學(xue)(xue)的(de)影響(xiang)規律(lv)(lv)。
1. 凝固相變(bian)
相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)是用來表(biao)征相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)平衡(heng)系(xi)(xi)統的(de)(de)組(zu)成與(yu)(yu)熱力學參(can)(can)(can)數(shu)(shu)（如溫(wen)度(du)和(he)(he)(he)(he)(he)壓力）之間關系(xi)(xi)的(de)(de)一(yi)種圖(tu)形，它可以(yi)提供壓力和(he)(he)(he)(he)(he)其他相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)關熱力學參(can)(can)(can)數(shu)(shu)之間的(de)(de)關系(xi)(xi)，這(zhe)些熱力學參(can)(can)(can)數(shu)(shu)包含(han)了相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)溫(wen)度(du)和(he)(he)(he)(he)(he)元素(su)的(de)(de)平衡(heng)分配系(xi)(xi)數(shu)(shu)等。因此(ci)，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)是探(tan)討壓力對熱力學參(can)(can)(can)數(shu)(shu)影響規律的(de)(de)基礎(chu)。19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼在0.1MPa 下隨氮質(zhi)量分數(shu)(shu)變(bian)化的(de)(de)垂直(zhi)(zhi)(zhi)截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中凝固相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)的(de)(de)區(qu)(qu)(qu)(qu)域如圖(tu)2-91(a)所(suo)示。圖(tu)中存(cun)在七(qi)個(ge)(ge)(ge)(ge)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)，分別(bie)(bie)為三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)：液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L、鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)y;三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)：L+8、L+Y和(he)(he)(he)(he)(he)8+γ;一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共存(cun)區(qu)(qu)(qu)(qu)L+8+γ.三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)共存(cun)區(qu)(qu)(qu)(qu)L+8+γ是一(yi)個(ge)(ge)(ge)(ge)曲(qu)邊三(san)(san)角形，三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)頂點（A、B和(he)(he)(he)(he)(he)C)分別(bie)(bie)與(yu)(yu)三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)（鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8、奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ和(he)(he)(he)(he)(he)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)接，且居中的(de)(de)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)（奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ)位于(yu)三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)的(de)(de)下方(fang)。根據(ju)曲(qu)邊三(san)(san)角形的(de)(de)判定原則［137,三(san)(san)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)內發生(sheng)了包晶(jing)反(fan)應：L+δ→Y;三(san)(san)個(ge)(ge)(ge)(ge)兩(liang)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)（L+8、L+y和(he)(he)(he)(he)(he)8+γ)分別(bie)(bie)發生(sheng)了L→8、L→y和(he)(he)(he)(he)(he)δ→y.在10MPa和(he)(he)(he)(he)(he)100MPa下，隨氮質(zhi)量分數(shu)(shu)變(bian)化的(de)(de)垂直(zhi)(zhi)(zhi)截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)分別(bie)(bie)如圖(tu)2-92(b)和(he)(he)(he)(he)(he)（c)所(suo)示，對比可以(yi)看(kan)出，10MPa和(he)(he)(he)(he)(he)100MPa下相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)數(shu)(shu)量和(he)(he)(he)(he)(he)類(lei)型與(yu)(yu)0.1MPa的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同(tong)，而1000MPa下，隨氮質(zhi)量分數(shu)(shu)變(bian)化的(de)(de)垂直(zhi)(zhi)(zhi)截(jie)面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)中存(cun)在兩(liang)個(ge)(ge)(ge)(ge)單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)（液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)L和(he)(he)(he)(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ),鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8單(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)(qu)(qu)(qu)消失，如圖(tu)2-92(d)所(suo)示。
相圖中(zhong)三(san)相共(gong)存區(qu)(qu) L+8+y 隨壓力的(de)變化規律如圖2-93所(suo)示，在0.1MPa、10MPa、100MPa 和(he)(he)1000MPa下，A點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)(biao)分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)（0.0261%,1531.84K)、（0.0259%,1532.26K)、（0.0239%,1532.79K)和(he)(he)（0%,1537.02K),B點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)(biao)分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)（0.889%,1593.63K)、（0.888%,1594.16K)、（0.890%,1595.75K)和(he)(he)（0.933%,1611.62K),C點(dian)的(de)坐(zuo)標(biao)(biao)分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)（0.934%,1639.76K)、（0.930%,1639.67K)、（0.926%,1641.78K)和(he)(he)（0.901%,1666.65K).隨著(zhu)壓力的(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，A和(he)(he)C點(dian)向低(di)氮區(qu)(qu)移動，B點(dian)向高(gao)氮區(qu)(qu)移動，整個區(qu)(qu)域向高(gao)溫區(qu)(qu)移動，且三(san)相共(gong)存區(qu)(qu)L+8+y呈增(zeng)(zeng)大(da)趨(qu)勢，曲邊三(san)角形的(de)形狀逐(zhu)漸(jian)由“?”向“Δ”轉變［137],相轉變方式(shi)逐(zhu)步(bu)由包晶(jing)反(fan)應（L+δ→y)向共(gong)晶(jing)反(fan)應（L→8+y)過渡，即當壓力分(fen)(fen)別為(wei)(wei)(wei)0.1MPa、10MPa和(he)(he)100MPa時(shi)，凝(ning)固過程為(wei)(wei)(wei)包晶(jing)反(fan)應，而1000MPa時(shi)為(wei)(wei)(wei)共(gong)晶(jing)反(fan)應。
為了(le)進一(yi)步說明壓(ya)力對(dui)凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)中相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)的(de)(de)影響規律，19Cr14Mn0.9N 含氮鋼凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)中鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和(he)(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)隨(sui)(sui)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)變(bian)化規律如圖2-94所示。在(zai)0.1MPa、10MPa和(he)(he)(he)100MPa下(xia)凝(ning)固(gu)時，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)呈現(xian)出(chu)(chu)先增(zeng)(zeng)大后減(jian)小(xiao)(xiao)的(de)(de)趨勢，拐點(dian)分(fen)別(bie)為P1、P2和(he)(he)(he)P3,如圖2-94(a)所示；而(er)(er)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ均呈現(xian)出(chu)(chu)連續(xu)增(zeng)(zeng)大的(de)(de)趨勢。在(zai)0.1MPa、10MPa和(he)(he)(he)100MPa下(xia)鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)變(bian)化拐點(dian)P1、P2和(he)(he)(he)P3的(de)(de)溫度(du)分(fen)別(bie)與奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)出(chu)(chu)現(xian)位置Q1、Q2和(he)(he)(he)Q3的(de)(de)溫度(du)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同，如圖2-94(b)所示。當高于P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)溫度(du)時，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)隨(sui)(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，此時無奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ出(chu)(chu)現(xian)，即發(fa)生(sheng)液(ye)(ye)固(gu)轉變(bian)（L→8);當低于P1(Q1)、P2(Q2)和(he)(he)(he)P3(Q3)的(de)(de)溫度(du)時，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)隨(sui)(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)減(jian)小(xiao)(xiao)，而(er)(er)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ逐漸(jian)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，即鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8隨(sui)(sui)著奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)形成逐漸(jian)消失，發(fa)生(sheng)包晶(jing)(jing)反(fan)應(ying)（L+8→y);而(er)(er)1000MPa下(xia)，鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)均隨(sui)(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)(liang)分(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)減(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)逐步增(zeng)(zeng)大，直至凝(ning)固(gu)結束，表明鐵(tie)素(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)(he)(he)奧(ao)(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ幾乎同時從(cong)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)中析出(chu)(chu)，即凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)發(fa)生(sheng)共(gong)晶(jing)(jing)反(fan)應(ying)（L→8+y).這(zhe)也證明了(le)隨(sui)(sui)著壓(ya)力的(de)(de)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)方式逐漸(jian)由包晶(jing)(jing)反(fan)應(ying)（L+8→y)向共(gong)晶(jing)(jing)反(fan)應(ying)（L→8+y)過(guo)渡(du)。
19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝固(gu)過程中鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)隨(sui)壓(ya)力的(de)(de)變化(hua)規(gui)律如(ru)圖(tu)(tu)2-95所示(shi)。當壓(ya)力從0.1MPa增加到(dao)100MPa時(shi)，δ/(δ+L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界變化(hua)較(jiao)小(xiao)，8/(δ+γ)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界整體(ti)(ti)向高溫端移動(dong)(dong)，鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8形成區(qu)域逐漸減小(xiao)；當壓(ya)力進一步增加到(dao)1000MPa時(shi)，鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8單相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)區(qu)幾乎從隨(sui)氮質(zhi)量(liang)分數變化(hua)的(de)(de)垂(chui)直截面相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)圖(tu)(tu)中消失，如(ru)圖(tu)(tu)2-95(a)所示(shi)，即增加壓(ya)力有助于鐵素(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)消失［138].而對于奧氏體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ,隨(sui)著壓(ya)力的(de)(de)增加，γ/(y+L)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界向高溫段移動(dong)(dong)，γ/(δ+γ)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)邊(bian)(bian)界整體(ti)(ti)向高氮區(qu)移動(dong)(dong)，整個區(qu)域呈增大趨勢，如(ru)圖(tu)(tu)2-95(b)所示(shi)。
2. 凝(ning)固模式
不銹(xiu)鋼的(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)根(gen)據凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)初始相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)種類(lei)(lei)和(he)(he)相(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變(bian)類(lei)(lei)型通(tong)常分(fen)(fen)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)四類(lei)(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)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)主要受合金成分(fen)(fen)和(he)(he)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)條件(jian)的(de)影響，在合金成分(fen)(fen)一定(ding)的(de)情(qing)況下(xia)，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)主要由凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)條件(jian)決定(ding)。19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼在不同壓(ya)力(li)下(xia)的(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)順序(xu)，如圖2-96所示，鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)初始相(xiang)(xiang)(xiang)，即19Cr14Mn0.9N含(han)氮鋼在各壓(ya)力(li)下(xia)的(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)模(mo)式(shi)均為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)FA型。以(yi)0.1MPa的(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過程(cheng)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)例，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)過程(cheng)分(fen)(fen)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)三個階(jie)段，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)初期(qi)，發生L→8相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)反(fan)應(ying)(ying)；當固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)質量分(fen)(fen)數升至0.05左右時，發生包晶(jing)反(fan)應(ying)(ying)（L+δ→y),奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ開始形成，鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ逐(zhu)漸(jian)減少(shao)，此(ci)時體(ti)系中固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)由8和(he)(he)γ共同組成；在凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)末(mo)期(qi)，鐵素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8完全消失，液相(xiang)(xiang)(xiang)直接轉(zhuan)變(bian)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ(L→y),直到凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)結束，凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)結束后，固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)單一的(de)奧(ao)氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ.因此(ci)，0.1MPa 下(xia)19Cr14Mn0.9N 含(han)氮鋼的(de)凝(ning)(ning)(ning)(ning)固(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)順序(xu)為(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)：L→L+8→L+8+Y→L+Y→Y.
基于在10MPa、100MPa和1000MPa下(xia)19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼凝(ning)(ning)固(gu)(gu)相變(bian)順(shun)序(xu)(xu)可知，當(dang)壓(ya)力從0.1MPa增加到100MPa時，19Cr14Mn0.9N含(han)氮(dan)鋼的凝(ning)(ning)固(gu)(gu)模(mo)式依舊為(wei)FA型。然而，當(dang)壓(ya)力達到1000MPa時，凝(ning)(ning)固(gu)(gu)過程中包(bao)晶(jing)反應（L+8→y)轉變(bian)為(wei)共晶(jing)反應（L→8+y),其相轉變(bian)順(shun)序(xu)(xu)發生明顯變(bian)化，如(ru)圖2-96所示。1000MPa下(xia)凝(ning)(ning)固(gu)(gu)相變(bian)順(shun)序(xu)(xu)可歸(gui)結為(wei)：L→L+8→L+8+Y→8+γ.
此外(wai)，當壓(ya)力逐漸由(you)0.1MPa增加(jia)至(zhi)1000MPa時(shi)，L→8相(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變的(de)(de)溫度區(qu)間(jian)由(you)3.86K降至(zhi)0.079K,奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ形(xing)成時(shi)的(de)(de)固相(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數(shu)由(you)0.05降至(zhi)0.00075（圖2-96),同(tong)時(shi)相(xiang)(xiang)(xiang)圖中C點（圖2-93)氮質量(liang)分(fen)數(shu)由(you)0.934%降低至(zhi)0.901%,固相(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數(shu)十分(fen)逼近本(ben)(ben)體(ti)氮質量(liang)分(fen)數(shu)0.9%,即(ji)L→8相(xiang)(xiang)(xiang)轉(zhuan)變區(qu)間(jian)基(ji)本(ben)(ben)消失(shi)。因此，隨著壓(ya)力的(de)(de)增加(jia)，19Cr14Mn0.9N含氮鋼的(de)(de)凝固模式呈現由(you)FA型向A型轉(zhuan)變的(de)(de)趨勢(shi)，這主(zhu)要是由(you)于增加(jia)壓(ya)力有(you)助于比體(ti)積小的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)形(xing)成（γ相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)比體(ti)積小于8相(xiang)(xiang)(xiang)）,即(ji)加(jia)壓(ya)抑(yi)制了(le)8相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)形(xing)成，使凝固模式發生改變。
3. 固(gu)／液相線
凝固(gu)存在凝固(gu)潛熱的釋放和(he)體(ti)積(ji)的收縮，屬于一級相變，因而可以(yi)采用(yong)克拉佩龍方程來(lai)描述壓力與相變溫度(du)之間的關(guan)系，即
4. 氮溶(rong)解度
溫(wen)(wen)度(du)(du)是影響合金體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)的(de)重(zhong)(zhong)要因素之(zhi)一。從(cong)圖(tu)(tu)2-98中(zhong)(zhong)可以看出，隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)降(jiang)低，19Cr14MnxN 凝固(gu)(gu)(gu)(gu)過程中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)逐(zhu)(zhu)漸(jian)升高(gao)，直(zhi)到(dao)(dao)(dao)溫(wen)(wen)度(du)(du)降(jiang)至(zhi)液(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)線（凝固(gu)(gu)(gu)(gu)初(chu)期）時(shi)達到(dao)(dao)(dao)一個峰值（A點(dian)）。隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)凝固(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)進行(xing)，發生(sheng)L→8液(ye)固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)轉變(bian)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)較(jiao)小(xiao)的(de)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8形成，導(dao)致了(le)體(ti)(ti)系(xi)的(de)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)迅速(su)降(jiang)低，直(zhi)到(dao)(dao)(dao)溫(wen)(wen)度(du)(du)降(jiang)至(zhi)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ析出點(dian)（即L+δ→y轉變(bian)點(dian)），此(ci)時(shi)體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)最小(xiao)（B點(dian)），即出現“鐵素體(ti)(ti)阱（ferrite trap)”［140],如圖(tu)(tu)2-99所(suo)示。隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)凝固(gu)(gu)(gu)(gu)的(de)繼(ji)(ji)(ji)續進行(xing)，固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)質量分數減(jian)小(xiao)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)較(jiao)大的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)應地增(zeng)加，體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)又逐(zhu)(zhu)步增(zeng)大，直(zhi)到(dao)(dao)(dao)溫(wen)(wen)度(du)(du)降(jiang)至(zhi)固(gu)(gu)(gu)(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)線（凝固(gu)(gu)(gu)(gu)結束，即C點(dian)）。凝固(gu)(gu)(gu)(gu)結束后，隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)繼(ji)(ji)(ji)續降(jiang)低，體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)將繼(ji)(ji)(ji)續增(zeng)大，這主(zhu)要是由體(ti)(ti)系(xi)發生(sheng)固(gu)(gu)(gu)(gu)固(gu)(gu)(gu)(gu)轉變(bian)δ→y(C和D點(dian)之(zhi)間）和奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)隨(sui)(sui)(sui)著(zhu)(zhu)溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)降(jiang)低而增(zeng)加（D和E點(dian)之(zhi)間）兩(liang)方面原因所(suo)導(dao)致的(de)。此(ci)外，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)在C和D點(dian)之(zhi)間的(de)增(zeng)長(chang)速(su)率(lv)明顯大于D和E點(dian)之(zhi)間，這主(zhu)要歸因于C和D點(dian)之(zhi)間貧氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)相(xiang)(xiang)(xiang)（鐵素體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8)的(de)消失加速(su)了(le)體(ti)(ti)系(xi)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)的(de)增(zeng)長(chang)。在整(zheng)個凝固(gu)(gu)(gu)(gu)過程中(zhong)(zhong)（A和C點(dian)之(zhi)間），氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)溶(rong)(rong)(rong)解(jie)(jie)度(du)(du)的(de)變(bian)化范(fan)圍為(wei)0.255%~0.648%.由此(ci)可見，在0.1MPa下，19Cr14Mn鋼中(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)質量分數達到(dao)(dao)(dao)0.9%而不產生(sheng)嚴(yan)重(zhong)(zhong)的(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)氣孔(kong)缺陷(xian)，是很難實現的(de)。
0.1MPa、1MPa和(he)2MPa下(xia)19Cr14MnxN氮溶(rong)(rong)解度(du)(du)隨壓力(li)(li)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)規律如圖2-99所示，0.1MPa下(xia)，氮溶(rong)(rong)解度(du)(du)隨壓力(li)(li)的(de)(de)(de)變(bian)化(hua)規律存(cun)在(zai)明顯的(de)(de)(de)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)阱(jing)(jing)，“鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)阱(jing)(jing)”本質(zhi)(zhi)上是(shi)在(zai)固(gu)相中(zhong)奧氏體(ti)(ti)形(xing)成元素質(zhi)(zhi)量分數較低的(de)(de)(de)情(qing)況下(xia)，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)相δ在(zai)凝(ning)固(gu)初期析出，導(dao)致(zhi)體(ti)(ti)系氮溶(rong)(rong)解度(du)(du)快速降(jiang)低的(de)(de)(de)現象；凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)阱(jing)(jing)的(de)(de)(de)出現會加(jia)(jia)劇局(ju)部氮析出的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢，造(zao)成局(ju)部氮分布均勻性差等缺陷，更甚者會導(dao)致(zhi)大量氣孔(kong)缺陷的(de)(de)(de)形(xing)成，進而(er)(er)影響后續(xu)加(jia)(jia)工工藝，大幅度(du)(du)降(jiang)低了材料(liao)的(de)(de)(de)成材率(lv)。然而(er)(er)，隨著壓力(li)(li)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)阱(jing)(jing)減小，當壓力(li)(li)增加(jia)(jia)到(dao)1MPa時，鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)阱(jing)(jing)完全消(xiao)失(shi)，且在(zai)體(ti)(ti)系整個凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，氮溶(rong)(rong)解度(du)(du)始終處于增大的(de)(de)(de)趨(qu)(qu)勢。因此，對(dui)19Cr14MnxN而(er)(er)言，增加(jia)(jia)壓力(li)(li)能夠有效(xiao)地增加(jia)(jia)體(ti)(ti)系氮溶(rong)(rong)解度(du)(du)，避免鐵(tie)(tie)素體(ti)(ti)阱(jing)(jing)的(de)(de)(de)形(xing)成，從(cong)而(er)(er)減小了凝(ning)固(gu)過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)氣孔(kong)缺陷的(de)(de)(de)形(xing)成趨(qu)(qu)勢。
5. 元(yuan)素分配系數
凝(ning)固過程中(zhong)，合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)在固／液(ye)界面(mian)處發生質(zhi)量(liang)分(fen)數的(de)(de)再(zai)分(fen)配，導致了合金(jin)(jin)元(yuan)(yuan)素(su)在鑄錠(ding)內(nei)分(fen)布的(de)(de)不均勻性(xing)，最終(zhong)形(xing)成(cheng)偏(pian)析。溶質(zhi)再(zai)分(fen)配的(de)(de)程度通常采用溶質(zhi)分(fen)配系數ko進行(xing)表(biao)征，即平衡凝(ning)固過程中(zhong)固相中(zhong)溶質(zhi)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)數Cs與液(ye)相中(zhong)溶質(zhi)的(de)(de)質(zhi)量(liang)分(fen)數CL之間比(bi)值(zhi)：
對于二元(yuan)合金體系，溶質(zhi)(zhi)分配系數(shu)o通常可(ke)以由相圖(tu)中固(gu)／液相線斜率(lv)獲得；而(er)對于多元(yuan)合金體系，難以利用相圖(tu)進(jin)行(xing)計算，但(dan)可(ke)基于準確可(ke)靠的(de)(de)熱力學(xue)數(shu)據，利用溶質(zhi)(zhi)在(zai)固(gu)／液相中化學(xue)位(wei)相等(deng)的(de)(de)原理進(jin)行(xing)計算。由于19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)(ning)固(gu)時，固(gu)相轉變過程中存在(zai)鐵素(su)體相8和(he)奧氏體相γ共存的(de)(de)階段，因而(er)結(jie)合凝(ning)(ning)固(gu)過程中相質(zhi)(zhi)量(liang)分數(shu)以及各相中元(yuan)素(su)質(zhi)(zhi)量(liang)分數(shu)，采用式（2-177)可(ke)計算各元(yuan)素(su)的(de)(de)溶質(zhi)(zhi)分配系數(shu)，即
式中，k為(wei)(wei)元(yuan)素i的(de)分(fen)配系數(shu)；ws和(he)wy分(fen)別為(wei)(wei)鐵素體相(xiang)8和(he)奧氏體相(xiang)γ的(de)質量分(fen)數(shu)；Cs,i和(he)Cy,;分(fen)別為(wei)(wei)元(yuan)素i在鐵素體相(xiang)8和(he)奧氏體相(xiang)γ中的(de)質量分(fen)數(shu)。
在(zai)(zai)0.1MPa下(xia)的(de)(de)凝(ning)固(gu)過程中，19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼各元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)溶質(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)的(de)(de)變(bian)化(hua)規律如圖2-100所示。固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)組成由單(dan)一鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ過渡到鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ和(he)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ共(gong)存時(shi)，各元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)的(de)(de)變(bian)化(hua)趨勢(shi)出現了明顯(xian)的(de)(de)拐點，這(zhe)主要(yao)是由于各元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)在(zai)(zai)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)差異(yi)較(jiao)大(da)(da)。結合(he)19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼凝(ning)固(gu)時(shi)的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)順序(xu)可知，在(zai)(zai)凝(ning)固(gu)初期(qi)，固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)單(dan)一鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8,鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)δ中各元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)溶質(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)分(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)為(wei)：kc(0.092)<kN(0.185)<Mn(0.796)<Mo(0.822)<kGr(0.901)<ksi(0.960).在(zai)(zai)凝(ning)固(gu)末期(qi)，固(gu)相(xiang)(xiang)(xiang)為(wei)單(dan)一奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ,奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中各元(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)溶質(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)分(fen)(fen)(fen)(fen)別(bie)為(wei)：kc(0.347)<kM.(0.634)<N(0.769)<kcr(0.839)<Mn(0.883)<ksi(1.048).由此可知，碳(tan)、氮(dan)、錳和(he)硅在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)大(da)(da)于鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8,因而，在(zai)(zai)發生L+8→γ轉變(bian)時(shi)，鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8減(jian)(jian)少，奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ增(zeng)加(jia)，致使碳(tan)、氮(dan)、錳和(he)硅的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)隨著液相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)減(jian)(jian)小(xiao)逐漸增(zeng)大(da)(da)。而對于鉬和(he)鉻(ge)，它們在(zai)(zai)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)小(xiao)于鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8,導(dao)致鉬和(he)鉻(ge)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)配(pei)(pei)系(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)數(shu)隨著液相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)(fen)(fen)數(shu)的(de)(de)減(jian)(jian)小(xiao)而逐漸減(jian)(jian)小(xiao)，如圖2-100所示。
在(zai)(zai)10MPa 和100MPa下，各元(yuan)(yuan)素(su)分(fen)(fen)配(pei)系數(shu)(shu)隨(sui)液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)變(bian)(bian)化規律與(yu)0.1MPa的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)同，如(ru)圖2-101所示(shi)(shi)。而(er)(er)(er)在(zai)(zai)1000MPa下，除凝(ning)固初(chu)期（液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)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(dan)一鐵(tie)素(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(le)共晶(jing)(jing)轉變(bian)(bian)L→y+8,固相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鐵(tie)素(su)體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和奧氏體(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)(de)量均隨(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)(er)增大(da)，因(yin)而(er)(er)(er)各元(yuan)(yuan)素(su)分(fen)(fen)配(pei)系數(shu)(shu)為平滑曲(qu)線，無明顯拐點出現，如(ru)圖2-101所示(shi)(shi)。此外(wai)，隨(sui)著壓(ya)(ya)力(li)(li)的(de)(de)(de)增加(jia)(jia)，鉬和錳的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系數(shu)(shu)均減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)，且(qie)錳的(de)(de)(de)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)幅度(du)(du)大(da)于(yu)(yu)(yu)鉬，因(yin)而(er)(er)(er)壓(ya)(ya)力(li)(li)有利于(yu)(yu)(yu)枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)鉬和錳的(de)(de)(de)富(fu)集(ji)，進(jin)而(er)(er)(er)加(jia)(jia)劇了(le)鉬和錳的(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)偏析，如(ru)圖2-102所示(shi)(shi)。對(dui)于(yu)(yu)(yu)元(yuan)(yuan)素(su)碳、氮(dan)和鉻(ge)，元(yuan)(yuan)素(su)分(fen)(fen)配(pei)系數(shu)(shu)隨(sui)著壓(ya)(ya)增加(jia)(jia)而(er)(er)(er)增大(da)，且(qie)始(shi)終(zhong)小(xiao)(xiao)于(yu)(yu)(yu)1,因(yin)而(er)(er)(er)增加(jia)(jia)壓(ya)(ya)力(li)(li)有助(zhu)于(yu)(yu)(yu)緩解其(qi)在(zai)(zai)枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)富(fu)集(ji)，從(cong)而(er)(er)(er)減(jian)(jian)輕(qing)碳、氮(dan)和鉻(ge)的(de)(de)(de)微(wei)觀(guan)偏析。對(dui)于(yu)(yu)(yu)硅元(yuan)(yuan)素(su)，壓(ya)(ya)力(li)(li)一定時(shi)，凝(ning)固過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)其(qi)分(fen)(fen)配(pei)系數(shu)(shu)從(cong)小(xiao)(xiao)于(yu)(yu)(yu)1逐(zhu)步向大(da)于(yu)(yu)(yu)1過(guo)(guo)渡，使得(de)枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)硅的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(du)呈現出先增大(da)后(hou)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)趨勢；而(er)(er)(er)當壓(ya)(ya)力(li)(li)增加(jia)(jia)到1000MPa時(shi)，整個凝(ning)固過(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)硅的(de)(de)(de)分(fen)(fen)配(pei)系數(shu)(shu)始(shi)終(zhong)大(da)于(yu)(yu)(yu)1,枝晶(jing)(jing)間液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)硅的(de)(de)(de)濃(nong)度(du)(du)隨(sui)著液(ye)(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)質(zhi)量分(fen)(fen)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)而(er)(er)(er)減(jian)(jian)小(xiao)(xiao)，進(jin)而(er)(er)(er)導致枝晶(jing)(jing)界(jie)處貧硅，偏析加(jia)(jia)劇。
6. 元素擴散(san)系數
擴(kuo)(kuo)散是(shi)指晶體中原(yuan)子（或(huo)離(li)子）由(you)熱運動產(chan)生的(de)遷移(yi)過程(cheng)，合金元(yuan)素(su)(su)的(de)擴(kuo)(kuo)自始至(zhi)終貫穿(chuan)金屬或(huo)者合金發生相(xiang)變(bian)、組織(zhi)轉(zhuan)變(bian)、結晶和再結晶等過程(cheng)。各元(yuan)素(su)(su)的(de)擴(kuo)(kuo)散系(xi)數(shu)(shu)D是(shi)體系(xi)的(de)動態性(xing)質之一(yi)(yi)，由(you)菲克第一(yi)(yi)定律(lv)可(ke)知，擴(kuo)(kuo)散系(xi)數(shu)(shu)是(shi)元(yuan)素(su)(su)在單位(wei)時間每單位(wei)濃度梯度的(de)條件下沿擴(kuo)(kuo)散方向垂直通過單位(wei)面積的(de)質量或(huo)物質的(de)量，可(ke)由(you)阿(a)倫(lun)尼烏斯方程(cheng)進行描述，即
式中(zhong)(zhong)(zhong)，kb為(wei)玻爾茲(zi)曼常數(shu)(shu)；ΔGm為(wei)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)活(huo)(huo)(huo)(huo)能；T為(wei)溫度；A為(wei)常數(shu)(shu)。式（2-178)適用于(yu)所(suo)有類型的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)固(gu)態擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)過程(cheng)，不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)區別僅僅在于(yu)A和(he)(he)ΔGm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)。從(cong)式（2-178)可以看出，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)隨著擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)活(huo)(huo)(huo)(huo)能ΔGm的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大而減小(xiao)(xiao)(xiao)；反之，激(ji)活(huo)(huo)(huo)(huo)能ΔGm越小(xiao)(xiao)(xiao)，元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)越大，元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)越容易。19Cr14Mn0.9N含氮(dan)(dan)(dan)鋼凝固(gu)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)γ中(zhong)(zhong)(zhong)各元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)在不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)壓力(li)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)如(ru)圖(tu)2-103所(suo)示(shi)。鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)i(i=碳(tan)、氮(dan)(dan)(dan)、錳(meng)、鉬(mu)、鉻(ge)和(he)(he)硅）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)均(jun)比奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)大1~2個(ge)數(shu)(shu)量級，這主要是由(you)于(yu)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)晶(jing)胞（面心立(li)方(fang)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)(zhi)密度為(wei)0.74,大于(yu)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)晶(jing)胞（體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)心立(li)方(fang)）的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)致(zhi)(zhi)密度（0.68),而致(zhi)(zhi)密度大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)結構中(zhong)(zhong)(zhong)，原子擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)激(ji)活(huo)(huo)(huo)(huo)能較(jiao)高(gao)，擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)較(jiao)小(xiao)(xiao)(xiao)。此(ci)外(wai)，間隙原子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)激(ji)活(huo)(huo)(huo)(huo)能均(jun)比置換原子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)［145],因此(ci)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)碳(tan)和(he)(he)氮(dan)(dan)(dan)無論在鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)還是奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)均(jun)比元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)錳(meng)、鉬(mu)、鉻(ge)和(he)(he)硅的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)大2~3個(ge)數(shu)(shu)量級，如(ru)圖(tu)2-103所(suo)示(shi)。同(tong)(tong)(tong)(tong)時隨著壓力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)加(jia)，碳(tan)和(he)(he)氮(dan)(dan)(dan)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)變化量均(jun)大于(yu)錳(meng)、鉬(mu)、鉻(ge)和(he)(he)硅；增(zeng)加(jia)壓力(li)減小(xiao)(xiao)(xiao)了(le)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)和(he)(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)，抑制了(le)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)；增(zeng)加(jia)壓力(li)減小(xiao)(xiao)(xiao)了(le)鐵(tie)素(su)(su)(su)(su)(su)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)，但增(zeng)大了(le)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)，加(jia)速了(le)其中(zhong)(zhong)(zhong)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)。因此(ci)，增(zeng)加(jia)壓力(li)對不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)元(yuan)(yuan)(yuan)素(su)(su)(su)(su)(su)在不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)相(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響不(bu)同(tong)(tong)(tong)(tong)，但總體(ti)(ti)(ti)(ti)(ti)來講，壓力(li)對擴(kuo)(kuo)散(san)(san)(san)(san)(san)(san)系(xi)(xi)(xi)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)影響較(jiao)小(xiao)(xiao)(xiao)，在100MPa以內可以忽略。
7. 晶粒(li)形核
a. 臨界形核半徑
根(gen)據經(jing)典形核理論(lun)可知，均質(zhi)形核過程中(zhong)臨形核半徑r與相變(bian)驅動(dong)力ΔGL→S,P之間的關系為
在19Cr14Mn0.9N含氮(dan)鋼凝(ning)(ning)(ning)固過程中，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)可(ke)由Thermo-Calc 熱力(li)(li)(li)學軟件進行計(ji)算，結果(guo)如圖2-104所(suo)示。凝(ning)(ning)(ning)固過程中，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)的(de)(de)變(bian)(bian)化規(gui)律(lv)與鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)和(he)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數基本相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)同。體(ti)(ti)系在0.1MPa、10MPa和(he)100MPa下凝(ning)(ning)(ning)固時(shi)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)隨(sui)著液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數的(de)(de)減小呈現(xian)出先增大(da)(da)后減小的(de)(de)趨勢(shi)(shi)。凝(ning)(ning)(ning)固初期發(fa)生(sheng)L→8轉(zhuan)變(bian)(bian)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ為(wei)生(sheng)成(cheng)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)，其(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)隨(sui)著凝(ning)(ning)(ning)固的(de)(de)進行而不斷增大(da)(da)，直至(zhi)發(fa)生(sheng)L+8→γ轉(zhuan)變(bian)(bian)。此(ci)(ci)時(shi)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)達到峰(feng)(feng)值(zhi)，且壓(ya)力(li)(li)(li)越(yue)(yue)大(da)(da)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)的(de)(de)峰(feng)(feng)值(zhi)越(yue)(yue)小，而達到峰(feng)(feng)值(zhi)時(shi)的(de)(de)液相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)質量(liang)分(fen)數越(yue)(yue)大(da)(da)，因此(ci)(ci)加壓(ya)有助于鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)提前達到峰(feng)(feng)值(zhi)；隨(sui)著凝(ning)(ning)(ning)固的(de)(de)繼續進行，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ逐步向奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)γ轉(zhuan)變(bian)(bian)，其(qi)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)不斷減小，直至(zhi)鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)8消失。而凝(ning)(ning)(ning)固壓(ya)力(li)(li)(li)為(wei)1000MPa時(shi)，鐵素(su)(su)(su)體(ti)(ti)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)δ的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)變(bian)(bian)驅(qu)動(dong)力(li)(li)(li)在整(zheng)個凝(ning)(ning)(ning)固過程中呈持續增大(da)(da)的(de)(de)趨勢(shi)(shi)。
相比(bi)之下，在0.1MPa、10MPa、100MPa和(he)1000MPa的(de)(de)(de)凝(ning)(ning)固過程(cheng)中，無論(lun)L→Y、L+8→y,還是L→8+y轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)，奧氏體(ti)(ti)相γ作為生成相，其相變(bian)(bian)(bian)驅(qu)動力(li)變(bian)(bian)(bian)化(hua)呈單調性，均隨著壓力(li)的(de)(de)(de)增(zeng)(zeng)加而增(zeng)(zeng)大。因此，增(zeng)(zeng)加壓力(li)有(you)(you)助(zhu)于(yu)提(ti)升凝(ning)(ning)固過程(cheng)相轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)趨(qu)勢(shi)，即(ji)均增(zeng)(zeng)大了L→8、L→γ以(yi)及(ji)L+8→y相轉(zhuan)變(bian)(bian)(bian)過程(cheng)中生成相的(de)(de)(de)相變(bian)(bian)(bian)驅(qu)動力(li)，有(you)(you)利(li)于(yu)促進19Cr14Mn0.9N含氮鋼凝(ning)(ning)固過程(cheng)的(de)(de)(de)進行，這主要是因為鐵素體(ti)(ti)相δ和(he)奧氏體(ti)(ti)相γ的(de)(de)(de)比(bi)體(ti)(ti)積均小于(yu)液相。
根據式（2-179),不同壓力下晶粒的臨界形(xing)核半徑與相變驅動(dong)力的關系為
b. 形核(he)率
單位(wei)體積液相在(zai)單位(wei)時間內(nei)所形成的(de)晶核(he)數目(mu)稱為形核(he)率，經典形核(he)理論給出了(le)形核(he)率N與擴散激(ji)活能ΔGm和形核(he)功(gong)ΔG*之間的(de)關(guan)系，即
從式（2-185)中可以看出，形(xing)(xing)核(he)功(gong)ΔG隨著相(xiang)變驅動力(li)(li)ΔGL→s,P的(de)增(zeng)(zeng)大而減(jian)小，因(yin)此增(zeng)(zeng)加(jia)凝固壓(ya)力(li)(li)有利于形(xing)(xing)核(he)功(gong)ΔG的(de)降低(di)（ΔG+ΔP<ΔG),進而增(zeng)(zeng)大形(xing)(xing)核(he)率N.此外，從壓(ya)力(li)(li)對擴(kuo)散(san)系數的(de)影響可以得出，隨著壓(ya)力(li)(li)的(de)增(zeng)(zeng)加(jia)，擴(kuo)散(san)激活能ΔGm的(de)變化較(jiao)小，在較(jiao)低(di)壓(ya)力(li)(li)下，擴(kuo)散(san)激活能ΔG的(de)變化可以忽略。結合式（2-183)可知(zhi)，加(jia)壓(ya)通過減(jian)小形(xing)(xing)核(he)功(gong)ΔG,使得形(xing)(xing)核(he)率N呈指(zhi)數增(zeng)(zeng)長，達到細化晶粒的(de)效果。
8. 密(mi)度和熱膨脹系(xi)數
密(mi)度表(biao)(biao)(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)物質(zhi)疏密(mi)程度，H13密(mi)度隨壓(ya)(ya)力(li)(li)和(he)(he)(he)溫(wen)(wen)度的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)如圖2-105所示(shi)(shi)(shi)。其(qi)中，點(dian)S1、E1、B1、L1、S2、E2、B2和(he)(he)(he)L2分(fen)(fen)別(bie)(bie)對應(ying)H13凝固過程中的(de)(de)相(xiang)變(bian)(bian)(bian)開始和(he)(he)(he)結(jie)束點(dian)；S1和(he)(he)(he)S2分(fen)(fen)別(bie)(bie)代(dai)表(biao)(biao)(biao)(biao)不(bu)(bu)同(tong)壓(ya)(ya)力(li)(li)下H13的(de)(de)固相(xiang)點(dian)；E1和(he)(he)(he)E2分(fen)(fen)別(bie)(bie)代(dai)表(biao)(biao)(biao)(biao)不(bu)(bu)同(tong)壓(ya)(ya)力(li)(li)下相(xiang)變(bian)(bian)(bian)L→γ開始點(dian)；B1和(he)(he)(he)B2分(fen)(fen)別(bie)(bie)代(dai)表(biao)(biao)(biao)(biao)不(bu)(bu)同(tong)壓(ya)(ya)力(li)(li)下相(xiang)變(bian)(bian)(bian)L+8→y開始點(dian)；L1和(he)(he)(he)L2分(fen)(fen)別(bie)(bie)代(dai)表(biao)(biao)(biao)(biao)不(bu)(bu)同(tong)壓(ya)(ya)力(li)(li)下相(xiang)變(bian)(bian)(bian)L→8開始點(dian)，即H13的(de)(de)凝固開始點(dian)；L1Lo(0.1MPa、1MPa和(he)(he)(he)2MPa)和(he)(he)(he)L2Lo(1000MPa)表(biao)(biao)(biao)(biao)示(shi)(shi)(shi)液相(xiang)密(mi)度隨溫(wen)(wen)度的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)，相(xiang)應(ying)固相(xiang)密(mi)度隨溫(wen)(wen)度的(de)(de)變(bian)(bian)(bian)化(hua)曲(qu)線(xian)分(fen)(fen)別(bie)(bie)如線(xian)S1So和(he)(he)(he)S2So所示(shi)(shi)(shi)。線(xian)L2Lo和(he)(he)(he)L1Lo、S2So和(he)(he)(he)S1So相(xiang)互重合，表(biao)(biao)(biao)(biao)明壓(ya)(ya)力(li)(li)從0.1MPa增加(jia)至1000MPa時，壓(ya)(ya)力(li)(li)對固相(xiang)液相(xiang)密(mi)度以(yi)及熱(re)膨脹(zhang)系(xi)(xi)數的(de)(de)影(ying)響(xiang)幾乎可以(yi)忽略不(bu)(bu)計，熱(re)膨脹(zhang)系(xi)(xi)數約為2x10-4。
S1L1(0.1Mpa、1MPa和(he)2MPa)和(he)S2L2(1000MPa)分別代(dai)表不同(tong)壓力下(xia)液(ye)、δ和(he)γ混(hun)合(he)(he)相(xiang)密(mi)度(du)(du)隨溫(wen)(wen)度(du)(du)的(de)變化(hua)規律。當溫(wen)(wen)度(du)(du)一定時，壓力從(cong)0.1MPa 增加至1000MPa,混(hun)合(he)(he)相(xiang)密(mi)度(du)(du)變化(hua)幅度(du)(du)較大，其主(zhu)要原因(yin)如(ru)下(xia)：
a. 加壓(ya)提高了固(gu)(gu)（S1→S2)、液(ye)相(xiang)(xiang)溫度（L→L2),使得凝固(gu)(gu)區間向高溫區移(yi)動(dong)（S,L1S2L2),進而(er)導致在溫度一定時，混合相(xiang)(xiang)中固(gu)(gu)相(xiang)(xiang)的體積分(fen)數增大(da)，液(ye)相(xiang)(xiang)體積分(fen)數相(xiang)(xiang)應減小。
b. 混合(he)相(xiang)中，固相(xiang)密(mi)(mi)度(du)（8和(he)γ)大于液(ye)相(xiang)密(mi)(mi)度(du)，且隨壓力的變(bian)化(hua)幅(fu)度(du)較小。
此(ci)外，凝固(gu)過程中（S1L1和S2L2),密(mi)度的波動主要由(you)相(xiang)變（L→y;L+δ→Y和L→8)導(dao)致各相(xiang)體積分數變化所導(dao)致。
9. 焓、凝固潛熱(re)以(yi)及比熱(re)
焓(han)為(wei)熱力學中表示物(wu)質系統能量狀態(tai)的一個狀態(tai)參數，每千克物(wu)質的焓(han)為(wei)比(bi)焓(han)，即
式(shi)(shi)中，h為比(bi)焓(han)；m為質(zhi)量；U為內能(neng)；P為壓力(li)；V為體積。由式(shi)(shi)（2-186)可(ke)知(zhi)，當內能(neng)和質(zhi)量一定(ding)時(shi)，比(bi)焓(han)h與PV成正比(bi)。當壓力(li)小于(yu)1000MPa時(shi)，加壓對液(ye)相和固(gu)相密度(du)的(de)影(ying)響幾乎可(ke)以忽略不計，因而對體積的(de)影(ying)響微(wei)乎其微(wei)。那么(me)，比(bi)焓(han)主要(yao)受壓力(li)的(de)影(ying)響，當壓力(li)從0.1MPa增加至1000MPa時(shi)，比(bi)焓(han)明顯增大(da)，但當壓力(li)低于(yu)2MPa時(shi)，比(bi)焓(han)幾乎保持不變，如圖2-106所示。在凝固(gu)過(guo)程(cheng)中（L1S1和L2S2),當溫度(du)一定(ding)時(shi)，H13整個熱力(li)學體系的(de)比(bi)焓(han)隨壓力(li)的(de)變化(hua)趨勢非常復雜，主要(yao)原因如下：
a. 凝固(gu)過程中存在凝固(gu)潛熱的釋放，且潛熱釋放與固(gu)相(xiang)體積分數(shu)直接相(xiang)關(guan)。
b. 當溫度一定時，固相(xiang)體積(ji)分數隨不同壓力的變化而變化。
根(gen)據比焓隨溫(wen)(wen)度(du)的變(bian)化曲線(xian)，可得H13的凝固潛(qian)熱為221.3kJ/kgl1511;由(you)比焓溫(wen)(wen)度(du)變(bian)化曲線(xian)的斜(xie)率可得，液、固相比熱分比為822.8J/(kg·K)和679.5J/(kg·K).當(dang)壓力(li)低于1000MPa時，凝固潛(qian)熱，液、固相比熱隨壓力(li)的變(bian)化均可忽(hu)略不計，如圖2-106所示。
