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形核率

形核率是指在單位時間內單位體積中形成的晶核數目,以N表示,單位為1/(s·cm³)。它是相變過程中一個重要的物理量,因為相變是通過臨界大小的晶核形成及核的進一步長大來進行的。形核率的大小將直接影響相變過程的速度。

形核率受到以下幾個主要因素的影響:

過冷度:隨著過冷度的增加,晶核的臨界半徑和形核功減小,使得形核更容易發生。然而,當過冷度超過某個臨界值時,形核率又會隨過冷度的增加而減小。

材料純度和雜質原子:材料純度低,雜質原子多,會對形核率產生兩方面的影響。一方面,雜質原子可以阻礙變形,使變形儲能增大,從而增加形核率。另一方面,雜質原子在界面處偏聚,阻礙形核時的界面遷移,以及阻礙位錯攀移和亞晶的長大,這又會降低形核率。

變形程度:預先的變形量越大,形核率N也越大。這是因為變形程度大時,儲能增大,臨界尺寸減小,從而形核數目增多。

形核率的計算公式可以表示為N=N1N2,其中N1是受形核功影響的形核率因子,N2是受原子擴散能力影響的形核因子。這兩個因素共同作用,使得形核率曲線出現極大值。在達到極大值之前,金屬可能已經凝固完全。

綜上所述,形核率是一個複雜的物理量,它受到多種因素的影響,包括過冷度、材料純度和雜質原子、變形程度等。這些因素共同決定了相變過程的速度和效率。