金属结晶时的冷却速度越快，则过冷度越________，结晶后的晶粒越________，其强度越________，塑性和韧性________。

考查要点：本题主要考查金属结晶过程中冷却速度对过冷度、晶粒大小及材料性能的影响，涉及金属材料科学的基本概念。

解题核心思路：

1. 冷却速度与过冷度的关系：冷却速度越快，金属液的温度下降更快，导致实际结晶温度低于理论结晶温度，过冷度增大。
2. 过冷度与晶粒大小的关系：过冷度大时，形核率增加而晶核长大速度减慢，最终形成细小晶粒。
3. 晶粒大小对材料性能的影响：细晶粒材料因晶界增多，强度提高，同时塑性和韧性也因晶界数量增加而改善。

破题关键点：

• 明确冷却速度、过冷度、晶粒大小与材料性能之间的因果链。

金属结晶时，冷却速度直接影响其微观组织和性能，具体分析如下：

1. 过冷度
   冷却速度越快，金属液的温度下降速率增大，导致实际结晶温度显著低于理论结晶温度（即过冷度增大）。过冷度公式为：
   $\Delta T = T_{\text{理论}} - T_{\text{实际}}$
   其中，$\Delta T$ 越大，冷却速度越快。

2. 晶粒大小
   过冷度增大时，液态金属的形核率增加，但每个晶核的长大速度减慢，最终形成数量更多、尺寸更小的晶粒（晶粒细化）。细晶粒结构是材料性能改善的基础。

3. 强度与塑韧性

   • 强度：细晶粒材料中晶界数量增加，晶界阻碍位错运动的能力增强，因此强度提高。
   • 塑韧性：细晶粒材料在变形时具有更多滑移面和晶界，能量吸收能力增强，故塑性和韧性更好。