ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм процесса кристаллизации из "Металловедение Издание 4 1966 " Еще в 1878 г. Д. К. Чернов, изучая структуру литой стали, указал, что процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов. Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов, которые Чернов называл зачатками , а теперь их называют зародышами, или центрами кристаллизации. Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров. [c.31] Систематическое исследование процесса образования центров кристаллизации и их роста вначале иа прозрачных органических веществах, а затем и металлах проводилось Г. Тамманом. Им была установлена в общем виде зависимость между числом центров кристаллизации, скоростью роста и степенью переохлаждения. Однако более поздпие исследования процессов кристаллизации, в особенности исследования А. А. Бочвара, К. П. Бунина и др., показали ограниченное значение схемы Таммана для процесса кристаллизации реальных жидких металлов. Все же многие закономерности, установленные Тамманом на основе его опытов, нашли качественное подтверждение в последующих работах и оказываются полезными при анализе процессов кристаллизации. [c.31] Процесс образования кристаллов путем зарождения центров кристаллизации и их роста можно изучать путем рассмотрения моделей (схем), что с успехом применялось И. Л. Миркиным. Подобная модель кристаллизации представлена на рис. 23. Предположим, что на площади, изображенной на рис. 23, за 1 сек возникает пять зародышей, которые растут с определешюй скоростью. К концу первой секунды образовалось нять зародышей, к концу второй секунды они выросли и одновременно с этим возникло еще пять новых зародышей будущих кристаллов. Так, путем возникновения зародышей и их роста идет процесс кристаллизации, который, как видно в данном примере, заканчивается на седьмой секунде. [c.32] Качественная схема процесса кристаллизации, изображенная на рис. 23, может быть представлена количественно кинетической кривой (рис. 24). [c.32] Скорость процесса кристаллизации количественно определяется двумя величинами скоростью зарождения центров кристаллизации и скоростью роста кристаллов. Обе эти величины могут быть измерены для разных условий кристаллизации. [c.32] Число зарождающихся в единицу времени кристаллов, которое в дальнейшем мы будем обозначать буквами ч. ц., имеет размерность Имм -сек число центров кристаллизации, возникших в 1 мм за 1 сек). Скорость роста кристаллов, обозначаемая в дальнейшем через с. к., есть скорость увеличения линейных размеров кристалла, выраженная в миллиметрах в единицу времени. Размерность этой величины мм сек мм/мин. [c.33] Было показано, что не только в жидких расплавах, но и при превращении в твердом состоянии новая фаза образуется путем зарождения и роста кристаллов скорость этих процессов зависит от переохлаждения. [c.34] В отличие от кристаллизации из жидкости, процесс превращения в твердом состоянии (перекристаллизация) обычно протекает при сильном переохлаждении, и таммановская зависимость с. к. и ч. ц. для этого случая даже более приемлема, чем для случая первичной кристаллизации. [c.34] Из сказанного мы можем заключить, что переход из одного состояния в другое, например из жидкого в твердое, возможен тогда, когда твердое состояние более устойчиво, имеет более низкое значение свободной энергии. Но сам переход из одного состояния в другое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость — кристалл. [c.34] Превращение произойдет тогда, когда выигрыш в энергии от перехода в более устойчивое состояние будет больше потери энергии, идущей на образование поверхности раздела. [c.34] АР — разность свободных энергий жидкого и кристаллического состояний, приходящаяся на единицу объема. [c.34] Увеличение размера зарождающегося кристалла вначале ведет к росту свободной энергии (так как объем Г мал, а поверхность 5 относительно велика) (рис. 26). [c.34] Но ггри некотором критическом значении увеличение размера зародыша поведет к уменьшению ДФ . [c.35] Процесс кристаллизации может протекать только при условии уменьшения свободной энергии, поэтому, если образуется зародыш размером меньше Гк (рис. 26), он расти не может, так как это повело бы к увеличению энергии системы. Если же образуется зародыш размером Гн и более, то его рост возможен, так как это поведет к уменьшению свободной энергии. [c.35] Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером зародыша, а такой зародыш называется устойчивым. [c.35] Каждой температуре кристаллизации (степени переохлаждения) отвечает определенный размер устойчивого зародыша более мелкие, если они и возникнут, то тут же растворяются в жидкости, а более крупные растут, превращаясь в зерна-кристаллы. Чем ниже температура (больше степень переохлаждения), тем меньший размер имеет устойчивый зародыш, тем большее число центров кристаллизации образуется в единицу времени, тем быстрее идет процесс 1 ристаллизации. Таким образом, с увеличением степени переохланедения быстро возрастают величина ч. ц. и общая скорость кристаллизации. [c.35] Вернуться к основной статье