ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Процесс кристаллизации из "Металловедение и термическая обработка Издание 6 " Кристаллизация может происходить как при переходе из жидкого или парообразного состояния в твердое, так и в твердом состоянии при переходе металла из одной аллотропической формы в другую, что связано с изменением его кристаллической структуры. [c.38] Металлы и металлические сплавы в большинстве случаев получаются путем кристаллизации из жидкЪго состояния. [c.38] Основной причиной и движущей силой процесса кристаллизации является стремление вещества к наименьшему запасу свободной энергии, т. е. к наиболее устойчивому термодинамическому состоянию. [c.38] Изменение свободной энергии при кристаллизации. На фиг. 22 даны кривые, которые характеризуют изменение свободной энергии жидкого Рж и твердого металла в зависимости от температуры. Точка То, отвечающая пересечению кривых, соответствует равно--весной температуре кристаллизации (плавления), когда свободные энергии жидкой и твердой фаз равны Рж = Рщв). Процесс кристаллизации возможен лишь при наличии некоторой разности свободных энергий АР. Разность свободных энергий при температуре Tq равна нулю (Рж — Рте = 0), т. е. жидкий и твердый металлы находятся в равновесии. Следовательно, процесс кристаллизации из Жидкого состояния возможен лишь при условии переохлаждения металла ниже равновесной температуры плавления Тд, когда запас свободной энергии металла в твердом состоянии меньше, чем в жидком Рж. [c.38] Разность между теоретической и фактической температурой кристаллизации называют степенью переохлаждения. Чем сильнее степень переохлаждения, тем больше будет разность свободных энергий (Рж — Рте) и тем более вероятно существование кристаллов. [c.38] При температурах, близких к равновесной температуре кристаллизации (То), создаются условия для образования в жидком металле атомных группировок ближнего порядка. Этому способствуют ф к-туации, под которыми понимаются временные местные отклонения от средних значений распределения энергии, тепла, химического состава. [c.39] Наличие флуктуаций является одним из необходимых условий процесса кристаллизации. [c.39] Перемещение атомов в жидком металле при этом происходит благодаря наличию многочисленных вакансий, не занятых атомами. [c.39] вырвавшиеся из окружения, перемещаются в вакансии и межузлия, освобождая место для других атомов. [c.39] Самопроизвольное зарождение центров кристаллизации. Самопроизвольное (спонтанное) зарождение центров кристаллизации происходит благодаря флуктуациям крупных атомных группировок без воздействия посторонних.центров кристаллизации, например инородных твердых частичек, или влияния стенок формы. [c.39] Еще в 1878 г. Гиббс показал, что образовавшийся центр кристаллизации становится устойчивым только после достижения им достаточно крупного критического размера. До этого же он неустойчив и вместо роста может раствориться из-за увеличения свободной энергии. [c.39] Роль посторонних частиц и стенок формы при зарождении кристаллов. Посторонние частицы, присутствующие в жидком металле, и стенки формы в процессе первичной кристаллизации из жидкого состояния имеют гораздо большее значение для образования центров при кристаллизации , чем самопроизвольное зарождение последних. Регулирование количества центров кристаллизации путем искусственного введения мельчайших посторонних частиц практически легче и более эффективно, ч.ем изменение степени переохлаждения. [c.40] Кристаллические решетки центров кристаллизации и кристалли-зуюш,егося на их поверхности вещества должны отвечать принципу структурного и размерного соответствия, указанного С. Т. Конобеевским и П. Д. Данковым. [c.40] Минимум поверхностной энергии обеспечивается при максимальном сходстве в расположении атомов на соприкасающихся гранях центра кристаллизации и кристаллизующегося вещества (новой фазы). [c.40] Образующаяся решетка новой фазы сопрягается с решеткой центра кристаллизаций подобными кристаллографическими плоскостями, параметры которых отличаются друг от друга минимально. [c.41] Таким образом, чем ближе типы и параметры решеток центра кристаллизации и кристаллизующегося вещества, тем вероятнее прививающее действие этого центра. [c.41] Центрами кристаллизации могут быть I) мельчайшие твердые частички постороннего вещества, например окислы, нитриды, обладающие структу зным соответствием с кристаллизующимся веществом, т. е. имеющие с ним близкие по строению и размерам кристаллические решетки и способные к образованию твердых растворов 2) мельчайшие частички, способные поглощать на своей поверхности атомы кристаллизующегося вещества 3) стенки формы и особенно трещины и неровности на них 4) нерастворившиеся частички самого кристаллизующегося вещества. [c.41] Присутствие в металле мельчайших посторонних частиц, а также стенки формы значительно облегчают образование на йих центров кристаллизации лри условии, что поверхностное натяжение на границе раздела между частицами и образующимся центром кристаллизации меньше, чем на границе между частицами и исходным металлом. [c.41] Поверхностное же натяжение на границе раздела между посторонними частицами и образующимся центром кристаллизации тем меньше, чем больше их структурное сходство. [c.41] Процесс кристаллизации из жидкого состояния Йаиболее обстоятельно и всесторонне исследован В. И. Даниловым на воде, ртути, висмуте, олове и алюминии, структура которых определялась рентгенографическим методом. [c.41] Вернуться к основной статье