4中心为等轴晶区。其形成是由于模壁温度进一步升高，液体过冷度[1]进一步降低，剩余液体的散热方向性已不明显，处于均匀冷却状态；同时，未熔杂质、破断枝晶等易集中于剩余液体中，这些都促使等轴晶的形成。铸锭三晶区的性能特点：外表层的细晶区：晶粒细小、组织致密、力学性能良好；中间的柱状晶区：晶粒取向、组织致密、缺陷聚集、塑性较差；心部的等轴晶区：晶粒无方向性、树枝状晶体、组织不够致密、性能一般。2-7 为了得到发达的柱状晶区应该采取什么措施？为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施？其基本原理如何？

本题主要考查铸锭组织控制以及金属结晶过程中临界晶核、晶胚成核和纯金属生长方式等相关知识。解题思路如下：

2 - 7 题

• 首先要明确铸锭组织控制的核心是对柱状晶区和等轴晶区的分布范围及晶粒大小进行调控，而变更合金成分和浇铸条件是改变晶区分布的关键因素。
• 对于柱状晶区，其生长依赖于定向散热，较快的冷却速度能使热量快速散失，高的熔化温度和浇注温度可提供更多的结晶驱动力，从而有利于柱状晶区的发展。
• 对于等轴晶区，均匀散热可使剩余液体处于均匀冷却状态，较慢的冷却速度能让未熔杂质、破断枝晶等有更多时间集中，低的熔化温度和浇注温度会降低结晶驱动力，这些因素都促使等轴晶的形成。为获得细小等轴晶粒，变质处理可引入异质核心，振动和搅拌能破碎枝晶，增加晶核数量。

2 - 8 题

• 对于第 1 题，需要准确理解临界晶核的定义，即体积自由能的减少补偿 2/3 表面自由能增加时的晶胚大小，而不是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加。
• 对于第 2 题，要清楚小于临界晶核半径的晶胚，即使有能量起伏供给，由于其表面能相对较大，也不能稳定存在并成核。
• 对于第 3 题，要知道纯金属的生长方式与温度梯度有关，只有在负的温度梯度下才以树枝状方式生长，并非无论温度分布如何都如此。