ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Первичная кристаллизация металлов из "Материаловедение 1972 " Изменение свободной энергии жидкого и твердого состояний в зависимости от температуры показано па рис. 15. Выше температуры Тп более устойчив жидкий металл, имеющий меньший запас свободной энергии, а ниже этой температуры устойчив твердый металл. При температуре Т величины свободных энергий жидкого и твердого состояний равны. Температура Т соответствует равновесной температуре кристаллизации (или плавления) данного вещества, при которой обе фазы (жидкая и твердая) могут существовать одновременно. Процесс кристаллизации при этой температуре еще не начинается. Процесс кристаллизации развивается, если имеется разность свободных энергий, образующаяся вследствие меньшей свободной энергии твердого металла по сравнению с жидким. [c.28] Процесс кристаллизации, как впервые установил Д. К. Чернов, начинается образованием кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается в процессе их роста. [c.29] При переохлаждении сплава ниже температуры Т во многих участках жидкого сплава образуются устойчивые, способные к росту кристаллические зародыши (рис. 17). [c.29] Самопроизвольное образование зародышевых центров. Явления, протекающие в процессе кристаллизации, сложны и многообразны. Особенно трудно представить начальные стадии процесса, когда в жидкости образуется первый кристаллик, или центр кристаллизации. [c.30] Очевидно, что для выяснения условий появления этих центров надо ясно представить строение исходной (маточной) фазы, т. е. [c.30] Зовые флуктуации могут превратиться в зародыши (центры кристаллизации). [c.31] Минимальный размер зародыша способный к росту при данных температурных условиях, называется критическим размером зародыша, или равновесным. [c.32] Это выражение справедливо только для не слишком больших значений ДГ. [c.32] Рост зародышевых центров. Рост зародьш а происходит в результате перехода атомов из переохлажденной жидкости к кристаллам. [c.33] Кристалл растет послойно, при этом каждый слой имеет одноатомную толщину. Различают два элементарных процесса роста кристаллов. [c.33] Рост кристалла значительно облегчается тем, что грани его не представляют идеально ровных плоскостей. На гранях растущего кристалла всегда имеются различные дефекты поверхности в виде ступенек и выступов, на которых легко удерживаются новые атомы, поступающие из л идкости. В этом случае рост кристалла может протекать даже без образования двумерного зародыша. [c.34] В растущем кристалле всегда имеются дислокационные несовершенства. В месте выхода на поверхность винтовой дислокации имеется ступенька, в которой легко присоединяются атомы, поступающие из жидкости (рис. 20, б). Винтовые дислокации ведут к образованию на поверхности кристалла спиралей роста высотой от одного до нескольких тысяч атомов. Спиральный рост экспериментально обнаружен при изучении роста кристаллов магния, кадмия, серебра и других металлов. [c.34] Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. При прочих равных условиях скорость процесса кристаллизации и строение металла после затвердения зависят от числа зародышей п (центров кристаллизации), возникающих в единицу времени и в единице объема мм /сек) скорости роста т зародышей, т. е. скорости увеличения линейных размеров растущего кр11сталла в единицу времени (мм1сек). [c.34] Чем больше количество образующихся зародышей кристаллизации и чем больше скорость их роста, тем быстрее протекает процесс кристаллизации. При равновесной температуре кристаллизации Т, число зародышей и скорость роста равны нулю, и поэтому процесс кристаллизации не идет (рис. 21). При увеличении степени переохлаждения число зародышей и скорость роста возрастают, достигают при определенной степеш переохлаждения максимума, после чего снижаются. Обычно считают, что с увеличением степени переохлаждения число зародышей возрастает быстрее, чем скорость роста. [c.34] Величина зерна. Чем больше центров кристаллизации (зародышей) и меньше скорость их роста, тем мельче кристалл, выросший из одного зародыша (зерно металла). [c.35] При небольшой степени переохлаждения АТ (малой скорости охлаждения) число зародышей мало, а скорость роста велика. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения АТ число зародышей возрастает и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается. [c.35] Зерно металла сильно влияет на его механические свойства. Эти свойства, особенно вязкость и пластичность, выше, если металл имеет мелкое зерно. Величина зерна зависит не только от степени переохлаждения. На размер зерна оказывают влияние температура нагрева и разливки жидкого металла, его химический состав и особенно присутствие и нем посторонних примесей. Влияние этих факторов очень велико. [c.36] Влияние примесей. Образование зародышей в жидком металле по описанному механизму называется самопроизвольным или спонтанным. [c.36] Поверхность частиц примесей адсорбирует атомы из расплава, причем упорядоченное строение твердой поверхности вызывает и упорядоченное расположение адсорбированных атомов на поверхности твердой частицы образуется как бы однослойный кристалл на него наслаиваются новые атомы — идет рост кристалла. Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно. Такое образование зародышей называется гетерогенным. [c.36] Вернуться к основной статье