ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Строение металлического слитка из "Металловедение и термическая обработка металлов " Следовательно, процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры Тал-Разность между температурами Тал и Т , при которых может протекать процесс кристаллизации, носит название степени пере охлаждения ДГ = Т л — Т (рис, 16). [c.29] Термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации чистых металлов при охлаждении с разной скоростью, даны на рис, 17, При очень медленном охлаждении степень переохлаждения невелика и процесс кристаллизации протекает при темиературе, близкой к равновесной (рис, 17, кривая t j). На термической кривой при температуре кристаллизации отмечается горизонтальная площадка (остановка в падении температуры), образование которой объясняется выделением скрытой теплоты кристаллизации, несмотря на отвод тепла при охлаждении. [c.29] Процесс кристаллизации, как впервые установил Д. К. Чернов, начинается с образования кристаллических зародьиней центров кристаллизации) и продолжается в процессе роста их числа и размеров. [c.30] При переохлаждении сплава ниже температуры Т ,,, во многих участках жидкого сплава образуются устойчив1,1е, способные к росту, кристаллические зародыши, называемые критическими (рис. 18). [c.30] Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно, они имеют более или менее правильную геометрическую форму Однако при столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается. Он продолжается только в тех направлениях, в которых есть свободный доступ для питающей жидкости. В результате растущие кристаллы, имеющие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную внешнюю форму они называются кристаллитами, реже зернами (последний термин чаще употребляется для случая формирования объемов новых фаз в результате превращений в твердом состоянии). [c.30] Самопроизвольное образование зародышевых центров. Явления, протекающие в процессе кристаллизации, сложны и многообразны. Особенно трудно представить начальные стадии процесса, когда в жидкости возникает первый кристаллик, или центр кристаллизации. [c.30] В жидком металле (рис. [c.31] На образование критического зародыша затрачивается энергия (работа) (+Af ), равная одной трети его поверхностной энергии Af = 1/3 So. [c.32] При температуре, близкой к Т , размер критического зародыша должен быть очень велик и вероятность его образования мала С увеличением степени переохлаждения Д/ возрастает (см. рис. 16), а поверхностное натяжение на границе раздела фаз изменяется не значительно. [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 жидкости. В этом случае рост кристалла может протекать даже без образования двумерного зародыша. В растущем кристалле всегда имеются дислокации. В месте выхода на поверхность винтовой дислокации имеется ступенька, к которой легко присоединяются атомы, поступающие из жидкости (рис. 21, б). Винтовые дислокации ведут к образованию на поверхности кристалла спиралей роста высогой от одного до нескольких тысяч атомов. Спиральный рост экспериментально обнаружен при изучении роста монокристаллов магния, кадмия, серебра и других металлов. [c.34] Такой характер изменения ч, з. и с. р. в зависимости от степени переохлаждения объясняется следующ,им. С повышением степени переохлаждения разность свободных энергий жидкого и твердого металлов AF (см. рис. 16) возрастает, что способствует повышению скорости кристаллизации, т. е. скорости образования зародышей и их роста (рис. 22). Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение атомов в жидком металле. [c.35] Поэтому при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии (коэффициента диффузии D) (рис. 22) образование зародышей и их рост затруднены. Вследствие этого, число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов столь мала, что большой выигрыш объемной свободной энергии AF при кристаллизации оказывается недостаточным для образования кристаллических зародышей и их роста (ч. 3. = О, с. р. = 0). В этом случае после затвердения должно быть достигнуто аморфное состояние. Для металлов в обычных условиях реализуются лишь восходящие ветви скорости образования зародышей (ч. з.) и скорости роста (с. р.) (рис. 22 сплошные линии). Металл в этих условиях затвердевает раньше, чем достигаются степени переохлаждения, вызывающие снижение ч. з и с. р. Скорость образования зародышей и линейная скорость роста кристаллов определяют скорость кристаллизации. Средняя скорость изотермической кристаллизации о с увеличением степени переохлаждения, как и ч. 3. и с. р. сначала растет, достигает максимума, а затем падает (рис. 22). [c.35] Величина зерна. Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость их роста, тем меньше размер кристалла, выросшего из одного зародыша (зерно), и следовательно, более мелкозернистой будет структура металла. [c.35] Величина зерна находится в следующей зависимости от числа зародышей (или скорости их образования) и скорости роста d = --- 1,1 (с. р/ч. з) . [c.35] При небольшой степени переохлаждения ДТ (малой скорости охлаждения) число зародышей мало. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает и размер зерна в затвердев шем мечалле уменьшается. [c.35] Гетерогенное образование зародышей. Образование зародышей в жидком металле по описанному механизму называется самопроизвольным (или спонтанным). Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флуктуаций может происходить только в высокочистом жидком металле (гомогенное затвердение). [c.36] Вернуться к основной статье