一、金属的结晶
1、物质从液态转变为晶体状态的过程称为结晶。
2、金属的结晶过程不是突然完成的，而是经过一个从无到有、由小到大、由局部到整体的发展过程。
3、随着金属液温度的下降，各原子的动能减小，当温度降至某一点时，金属液中那些尺寸较大的原子集团开始形成一些微小的不稳定的固态晶胚。
4、在这个温度下，液态金属与固态晶胚处于一种动平衡状态，液态中的金属原子结晶到晶胚上的速度与晶胚上的原子溶入金属液中的速度相等时的温度为平衡结晶温度。
5、当温度继续下降到平衡结晶温度以下某一温度时，液体中较多地区的原子动能有较大的下降，此时，便形成了一批稳定的小晶体-晶核，而开始有效地结晶。
二、过冷度与晶核
1、液体冷却到平衡结晶温度以下某一温度才开始有效结晶的现象称为过冷。而该温度(实际结晶温度)与平衡结晶温度之差称为过冷度。
2、液体中出现晶核后，附近的原子就依附其上，顺序排列起来，晶核向四周液体中伸展长大，这个过程称为核长大。在核长大的同时，在液相中又不断产生出新的晶核并且长大。
3、足够的过冷度保证结晶时放出的结晶潜热不断散失，使金属液温度不会回升，保证结晶不断进行，直至每个晶核都长大。
4、结晶后晶粒的大小取决于晶核生成数目和晶核长大速度，它们都与过冷度大小有关。当过冷度很小时，晶核生成数目少，各晶核都能够充分长大，形成粗大的晶体。当过冷度很大时，生核数目很大，晶核长大不充分，得到了细小致密的晶体。
5、对于铸锭结晶来说，由于存在可作为结晶核心的杂质，而且温度也不是均匀的，因此，其生核-长大过程要复杂得多。
6、只依靠液态金属本身在一定过冷度条件下形成晶核称为自发形核。在实际生产中，液态金属内总是存在着各种固态质点，结晶时，依附于这些固态质点的表面成核时，晶核的表面能比自发形核要小，因而成核比较容易。这种依附于固态质点表面而形成晶核的过程称为非自发形核。7、下列物质可以作为非自发形核的中心：①在晶体结构上与结晶金属相近的杂质称为活性杂质，如变形铝合金中的TiAl3。②某些难熔杂质，虽然其晶体结构与结晶金属相差很远，但在这些杂质表面上存在着一些细微的凹孔和裂缝，这些凹孔和裂缝也可能成为非自发形核的中心。这种杂质称为活化了的杂质。③结晶金属本身被离散的树枝晶尖端或未熔的晶格残余物，这种成核中心称为固有晶核。
三、自发形核与非自发形核
工业变形铝合金铸锭结晶时，晶核的形成实际上总是产生于杂质，而不是来源于自发形核。这是因为：
1、自发形核所需过冷度很大，对于纯铝而言，达195℃，而铝合金铸锭结晶时的过冷度实际仅有几分之一摄氏度到几摄氏度。
2、铝合金中存在着大量的可作为结晶核心的杂质。即使对于99.999%的高纯铝，其中杂质也是相当多的。假定不溶性杂质的含量仅10-8数量级，则在每立方厘米的铝液中仍有约1015个杂质原子，如果它们都以边长为1000个原子的立方体固体质点出现，则在每立方厘米的金属中将有106个质点。
3、在一般的连续铸造条件下铸造∅400mm的硬铝铸锭时，每秒钟在结晶面上生成的有效晶核按实测结果约105个。可见，铝熔体中的杂质含量足以满足生核的要求。
4、不是所有质点都能起生核作用，其中，影响最大的是钛杂质的含量，其次是不可控杂质碳和硼的含量。 这也是铝钛硼、铝钛碳晶粒细化剂细化功能的由来。
