Рост кристаллов дендритный

Дефекты в кристаллической решетке могут быть связаны и с дендритной (ветвящейся) формой роста кристаллов, в результате которой смыкание и пересечение ветвей могут происходить таким образом, что стройность решетки оказывается нарушенной. К тому же к концу затвердения металла по весьма развитой поверхности дендрита могут расположиться примеси или микроскопические пустоты вследствие нехватки жидкого металла для плотного заполнения зерна вблизи границы. [c.237]

Измельчение внутреннего строения зерна (уменьшение толщины дендритных осей и увеличение числа их) достигается увеличением скорости роста кристаллов (дендритов), т. е. увеличением переохлаждения расплава, в котором они растут. [c.180]

При пайке железа медью с разными зазорами структура, формирующаяся при затвердевании расплава, оказывается при прочих равных условиях различной в малых и больших зазорах. В широких зазорах (0,5—2 мм) кристаллизация происходит с образованием развитой дендритной структуры и имеет характер объемного затвердевания. Содерл<ание железа в осях дендритов достигает 4%, а на периферии падает до 2—2,5 % (массовые доли). Смена форм затвердевания с изменением размера зазора вызывается изменением условий кристаллизации. Согласно существующим представлениям тип кристаллизации сплавов определяется градиентом температуры расплава, а такл<е величиной и протяженностью области концентрационного переохлаждения вблизи фронта кристаллизации. При прочих равных условиях уменьшение зазора, а следовательно, слоя кристаллизующейся жидкости, начиная с определенного момента, приводит к таким изменениям указанных факторов, что дендритная форма кристаллов постепенно уступает место ячеистой, а последняя — преобладающему росту кристаллов с гладкой поверхностью. Окончательная кристаллическая структура металла шва не соответствует первоначальным формам роста кристаллов. Новые границы зерен в шве пересекают в произвольных направлениях дендритные и ячеистые кристаллы. При больших зазорах имеются участки, где вторичные границы совпадают с пограничными зонами первичных дендритов. При малых зазорах структура шва по ширине представляет собой один слой зерен. Возникновение вторичной структуры в литых сплавах связывается с образованием при кристаллизации большого числа дефектов (дислокаций и вакансий), способных перемещаться и группироваться в определенных участках затвердевающего металла. [c.34]

На форму кристаллов, образующихся при кристаллизации из жидкого состояния, оказывает влияние ряд факторов скорость и направление отвода теплоты, характер и количество примесей. Образовавшиеся при затвердевании кристаллы в большинстве случаев не имеют правильной кристаллографической огранки, поскольку реализуется дендритный (древовидный) характер их роста кристаллы имеют разветвленную форму (рис. 11.5, а). Рост зарождающихся кристаллов осуществляется неравномерно, преимущественно в определенных направлениях, зависящих от кристаллической структуры металла. Например, в металлах с кубической решеткой наибольшая скорость роста наблюдается в направлениях, соответствующих октаэдрическим осям. Сначала возникают ветви, называемые осями первого порядка (кристаллизация наиболее тугоплавких элементов сплава), от них ответвляются оси второго порядка и т. д. Кристаллизация завершается затвердеванием междендритного пространства (самые легкоплавкие элементы сплава). Однако после завершения кристаллизации дендритная структура кристаллов часто не наблюдается. На месте дендритов возникают зерна, кристаллографическая ориентировка которых обусловлена ориентацией осей дендритов. [c.307]

Рост зерна происходит по дендритной (древовидной) схеме (рис. 3.6). Установлено, что максимальная скорость роста кристаллов наблюдается по таким плоскостям и направлениям, которые имеют наибольшую плотность упаковки атомов. В результате вырастают длинные ветви, которые называются осями первого порядка. По мере роста на осях первого порядка появляются и начинают расти ветви второго порядка, от которых ответвляются оси третьего порядка и т.д. В последнюю очередь идет кристаллизация в участках между осями дендритов. [c.74]

Процесс кристаллизации жидкого металла сварного шва при-электродуговой сварке подчиняется общим законам кристаллизации металлов, т. е. протекает путем зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов [1, 12, 36]. Специфика заключается в большой скорости процесса. Для наплавленного металла характерно типичное для литого материала дендритное строение с расположением осей дендритов (кристаллов древовидной формы) в направлении отвода тепла (обычно перпендикулярно к границе раздела твердой и жидкой фаз). [c.145]

Для роста образовавшегося кристалла необходимо, чтобы на фронте кристаллизации постоянно поддерживалось переохлаждение. Если величина переохлаждения невелика, то устойчивым будет плоский фронт кристаллизации. С увеличением переохлаждения произойдет смена форм роста кристаллов на ячеистую, затем дендритно-ячеистую и, наконец, дендритную. Это касается затвердевания чистых металлов. В паяных же швах, как правило, происходит кристаллизация сплавов. В этих случаях необходимое для поддержания процесса роста кристаллов переохлаждение на фронте кристаллизации обусловлено возникновением так называемого концентрационного переохлаждения. При кристаллизации сплавов идет процесс перераспределения атомов для поддержания равновесных составов твердой и жидкой фаз. Этот процесс называется разделительной диффузией, он приводит к обогащению слоя расплава, прилежащего к фронту кристаллизации, компонентом, снижающим температуру расплава. Так возникает градиент концентрации этого компонента. В жидком растворе в то же время идут диффузионные процессы, направленные на выравнивание состава обогащенного слоя и более отдаленных участков. [c.99]

Фиг. 18. Фотография, иллюстрирующая дендритный характер ячеистой поверхности раздела при росте кристаллов льда из раствора

Дендритные кристаллы в зоне столбчатой кристаллизации обычно ориентированы близко к их направлению преимущественного роста. Те кристаллы, дендритное направление которых пер- [c.216]

Дендритный рост как особая форма роста кристаллов наблюдается в тех случаях, когда процесс кристаллизации протекает очень быстро, например, при резком охлаждении расплава или раствора. Если переохлаждение намного больше критического, то не происходит даль- [c.334]

Тип а характеризуется вырастанием на катоде отдельных кристаллов. Эти кристаллы могут стать очень большими и нередко дают дендритные ответвления. Сплошного металлопокрытия, необходимого для гальванотехнической практики, они не дают. Рост кристаллов этого типа часто наблюдается при гальваническом осаждении легкоплавких металлов, например свинца и олова. Изолированный рост отдельных кристаллов из этих электролитов может быть уменьшен путем введения в электролит присадок. [c.69]

В зависимости от соотношения скорости образования центров кристаллизации и роста кристаллов могут быть получены осадки с самой разнообразной структурой от гладких мелкокристаллических (например, осадки железа, никеля, кобальта — почти из любых электролитов или осадки меди, цинка и др.— из растворов комплексных солей) до иглообразных, дендритных (осадки свинца или серебра из растворов азотнокислых солей) или губчатых, порошкообразных (например, при лужении из щелочных растворов или золочении из растворов простых солей золота). Характер кристаллизации электро-осажденных металлов зависит как от свойств металла, так и от ряда внешних факторов, влияющих на поляризацию катода (температуры электролита, плотности тока, природы и концентрации электролита и других условий электроосаждения). [c.135]

Одновременно с нормальной сегрегацией в металле сварных швов формируется микроскопическая ячеистая и дендритная сегрегация. Этот вид химической неоднородности связан с соответствующими формами роста кристаллов. [c.55]

При чрезмерно высоких плотностях тока (выше тех, при которых образуется дендритный осадок) начинается выделение губчатой порошкообразной массы, состоящей из чрезвычайно мелких отдельных кристаллов. В известной степени образование губчатого осадка связано с выделением водорода, который разрыхляет кристаллы, хотя и не исключена возможность, особенно в нейтральных или слабокислых растворах, образования вследствие обильного выделения водорода гидроокисей, которые сами включаются в осадок или по крайней мере препятствуют росту кристаллов. [c.83]

Если УЗ высокой интенсивности вводится в расплав через затвердевшую часть слитка (рис. 1,6) или отливки (рис. 1,в), кавитационное воздействие на фронт К. вызывает обламывание ветвей растущих дендритных кристаллов и вынос обломков твёрдой фазы акустич. потоками в объём жидкой части слитка, увеличивая тем самым число центров К. и вызывая переохлаждение расплава. Измельчение структуры литого металла в этом случае происходит вследствие переохлаждения расплава и усиления объёмной К., т. е. зарождения центров К. в объёме жидкой части слитка и последующего роста кристаллов в условиях слабого переохлаждения до тех пор, пока они не достигнут фронта К. При этом измельчение литого зерна, как правило, сопровождается укрупнением дендритных веточек. [c.174]

Смена форм затвердевания вызывается изменением условий кристаллизации. Согласно существующим представлениям, кристаллизация сплавов определяется градиентом температуры расплава, а также величиной и протяженностью области концентрационного переохлаждения вблизи фронта кристаллизации. При прочих равных условиях уменьшение зазора, а следовательно, толщины слоя кристаллизующейся жидкости, начиная с определенного момента, приводит к таким изменениям указанных факторов, что дендритная форма кристаллов постепенно уступает место ячеистой, а последняя — преобладающему росту кристаллов с гладкой поверхностью. Следует отметить, что окончательная кристаллическая структура металла зоны сплавления не соответствует первоначальным формам роста кристаллов. Новые прямолинейные границы зерен в шве пересекают в произвольных направлениях дендритные и ячеистые кристаллы. [c.114]

Жидкость имеет температуру, более низкую, чем температура плавления. Любая выпуклость на поверхности кристалла проникает в область с более низкой температурой и поэтому стремится к росту. Кристалл разветвляется. Это явление известно как дендритная кристаллизация оно наблюдается как в чистых металлах, так и в сплавах. [c.56]

Схема дендритного роста кристалла [c.10]

Рост кристаллов может происходить различными способами. Кристаллы могут расти слоями, причем каждый слой заполняется со скоростью по крайней мере не меньшей скорости образования новых слоев. Поверхность раздела кристалла можно представить либо в виде кристаллографических плоскостей, либо (если при выращивании существует градиент температур) в виде поверхностей, параллельных поверхностям изотермы. Если скорость заполнения слоев меньше скорости их образования, происходит радиальный рост древовидных образований —дендритов. Поверхности раздела в кристалле часто имеют ячеистую (в виде пчелиных сот) структуру. Попытки кинетического и термодинамического объяснения различного характера роста кристаллов имели больший или меньший успех, но к настоящему времени пока нет общей теории, объясняющей все особенности этого процесса. Недавно было обнаружено, что морфология кристаллов в значительной степени определяется величиной энтропии плавления. Вещества с большой энтропией плавления — к этой категории относится большинство органических соединений — имеют кристаллы с большими плоскими гранями, а если энтропия плавления мала — металлы и некоторые органические соединения со сферической симметрией,— кристаллизация сопровождается образованием поверхностей раздела, параллельных поверхностям изотермы, даже если поверхности раздела не совпадают с кристаллографическими. В этих веществах возможен также дендритный или ячеистый рост кристаллов в зависимости от чистоты соединения и температурного режима кристаллизации. На рис. 93 представлены некоторые из поверхностей раздела, наблюдаемых в визуально прозрачных кристаллах. Величина энтропии плавления определяет степень диффузности поверх- [c.202]

Рис. 23. Дендритная кристаллизация а — схема дендритного кристалла б — схема его роста в — дендриты на поверхности слитка свинца. X 200

У кристаллов появляются ветви второго порядка, свойственные дендритному строению. Последние порции расплава могут оказаться настолько концентрационно переохлажденными, что в них зарождаются новые кристаллы, которые, препятствуя росту столбчатых кристаллов, образуют в центре шва зону с равноосной структурой. [c.454]

Существуют различные мнения о механизме дендритного роста. Металл заливается в изложницу. На ее стенках начинается кристаллизация — появляется мелкозернистая корка. Затем процесс кристаллизации распространяется на среднюю часть слитка, где образуются столбчатые кристаллы. Они растут в направлении отвода тепла. Вначале появляется своеобразный столб, потом ответвления от него. Так рождается дендрит — древовидный кристалл. Рост дендритов всегда идет в строго кристаллографических направлениях. [c.108]

Под влиянием конкретных тепловых и кинетических условий кристаллизации металла шва, химического состава сплава, градиента температур, скоростей сварки и кристаллизации в различных зонах шва возможно образование разной первичной структуры — столбчатой, полиэдрической. Столбчатая и полиэдрическая структура, в свою очередь, могут быть ячеистыми, ячеисто-дендритными, дендритными. Все эти структуры в шве можно не только получить, но и управлять их развитием, изменяя условия роста, как это следует из теории концентрационного переохлаждения. Такие параметры роста кристалла, как скорость кристаллизации Укр и градиент температур в жидкой фазе grad 7ф, оказывающий наиболее существенное влияние на образующуюся структуру, можно рационально подбирать и изменять при сварке. Температурный градиент в жидкости может быть повышен увеличением тепловой мощности дуги путем повышения напряжения или силы тока или может быть понижен путем предварительного подогрева. Скорость кристаллизации можно регулировать изменением скорости сварки. [c.453]

Дендриты образуются только при росте кристаллов. Причиной их образования является очень быстрый рост в условиях переохлаждения, то есть отрицательный температурный градиент перед фронтом кристаллизации. Одной из особенностей дендритного роста является то, что ось дендрита и его ветви растут вдоль конкретного кристаллографического направления, характерного для данного материала [163]. Каждый дендрит растет от одного центра кристаллизации, что подтверждается кристаллографической ориентировкой всех его ветвей, то есть весь дендрит со всеми своими ветвями представляет собой монокристалл. Скорость роста дендртов в среде с примесями значительно меньше, чем в чистых металлах. [c.269]

В теории затвердевания изложенный меха,низм в своей основе остался без изменений. Считается, что образование рассеяной пористости является неизбежным. Можно лишь при дендритном росте кристаллов добиться уменьшения размера пор, увеличивая дис1персность микростроения кристалла (например, уменьшением расстояния между вторичными осями дендритов при ускорении затвердевания отливки). Для герметичности отливок и их механических свойств рассеяная усадочная пористость большой угрозы не представляет. [c.167]

Концентрационное переохлаждение играет также определенную роль при образовании крисгаллов на первом фронте кристаллизации. Чистые металлы образуют (особенно при большой скорости затвердевания и малых температурных градиентах) кристаллы, которые с боковой поверхности ограничены сравнительно плоскими поверхностями. Такой рост кристаллов называется ячеистым (фото 3.4). Напротив, при малых скоростях охлаждения и больших температурных градиентах, а таюке при повышенном содержании ликвирующих примесей граничные поверхности кристаллов отличаются значительными неровностями рост кристаллитов приобретаег дендритный характер. [c.31]

Дендритная форма кристаллов (рис. 2). Рост кристалла происходит по границам зерен. Образцы были подвергнуты нагреванию в продолжение нескольких часов при 1100° С (область pa TBOipHMO TH углерода. Затем температура была медленно (примерно в продолжение 15 мин.) понижена до области образования карбида ( 700°С) и поддерживалась на этом уровне в продолжение нескольких часов. После этого образец подвергался охлаждению вне печи в сильном вакууме. В этих условиях на межповерхностных границах зерен образуются крупные дендриты, причем исключается образование всех других типов осадков. Количество образующегося осадка отчетливо изменяется в зависимости от степени относительной дезориентации двух соседних кристаллов. На межповерхностных границах двойников вообще не образуется никаких осадков. [c.203]

Из сказанного следует, что только дендритная форма кристаллов создает необходимые условия для межкристаллитной коррозии межповерхностных границ зерен. Эта дендритная форма кристаллов встречается в металлургии очень редко и мы не знаем других реакций, протекающих в твердом состоянии, которые давали бы кристаллы этого типа. Было высказано предположение, что поскольку рост дендрита происходит в плоскости соприкосновения между зернами, то дендритная форма показывает отсутствие связи между обеими соседними решетками и кристалл развивается как слепок с поверхности соприкосноБе-ния [2]. Если бы эта гипотеза принимала во внимание все факторы, от которых зависит рост кристаллов, то дендритная форма должна была бы встречаться во всех образцах, поскольку отсутствие связи между соседними решетками является общим свойством всех межповерхностных границ зерен независимо от системы. Напротив, мы полагаем, что необходимо найти свойства, присущие только исследуемому сплаву, с помощью которых и можно было бы объяснить развитие дендритов. [c.208]

Анизотропия сил межатомной связи в цементите проявляется в процессе его растворения при графитизации белого чугуна. При замедленной графитизации участки грубозернистого цементита претерпевают избирательное растворение и приобретают псевдо-перлитную структуру [28]. Наиболее рельефно особенности кристаллической структуры цементита выступают при росте монокристаллов. При формировании кристалла вблизи усадочной поры в определенный момент времени он обнажается вследствие понижения уровня жидкости. Исследование большого числа кристаллов, извлеченных из усадочных раковин опытных слитков, позволило наблюдать различные эташз их роста. Кристаллы и их обломки имели форму пластин. Характерной особенностью всех кристаллов являлся дендритный рельеф поверхности. Дендритные формы роста первичного цементита наблюдались и ранее [11]. Предполагалось [11 ], что формирование пластины происходит путем роста плоского дендрита соответствующей толщины и завершается при смыкании ветвей третьего порядка. В действительности пластина образуется в ходе послойного роста, причем нарастающие друг на друге слои развиваются в форме дендритов. Исследование монокристаллов под бинокулярным микроскопом позволило зафиксировать разнообразные картины послойного нарастания (рис. 7). Обычно растущий слой состоит из системы параллельных полос (по-видимому, ветвей 2-го порядка), разделенных границами с зубчатой конфигурацией. Хотя направление роста новых ветвей может не совпадать с направлением нижележащих, кристаллографическая ориентация всех слоев одинакова — об этом говорит однонаправленность зубчатых контуров любых систем ветвей в одном кристалле. Детальное исследование зубчатых контуров ветвей обнаруживает их ступенчатое строение, непосредственно иллюстрирующее блочный характер роста ветви. На фрактограммах, как и на снимках поверхности кристаллов, можно наблюдать рельефную дендритную структуру. На рис. 8, а показаны обе поверхности раскола одной цементитной пластины. Если на сколе приготовить микрошлиф и подвергнуть его электролитической обработке, то выявляемая блочная субструктура ориентирована вдоль зубцов (рис. 8, б). Схема иллюстрирует механизм формирования дендрита. Рост дендритных ветвей идет путем последовательного развития блоков. В связи с накоплением примесей перед фронтом [c.179]

Большие скорости роста кристаллов в условиях сварки приводят и к меньшей, чем в слитках, дендритной неоднородности [68,69 ]. Сопоставление соотношения концентраций радиоактивной серы в осях кристаллов и в межосных промежутках приведено на фиг. 81, а, а влияние марганца и серы на степень дендритной неоднородности распределения серы в металле швов—на фиг. [c.137]

Кроме неравномерности распределения примеси во всем объеме закристаллизовавшегося металла в связи с ликвацией (зональная ликвация), в металле наблюдается и неоднородность распределения примесей в осях и межосных промежутках дендритов (дендритная неоднородность). Влияние скорости роста кристаллов (интенсивности охлаждения) на дендритную неоднородность такое же, как и ее влияние на зональную неоднородность. [c.302]

Расстояние между осями второго порядка при дендритном строении уменьшается с увеличением скорости охлаждения (скорости роста кристаллов). При росте стальных кристаллов со скоростью более 0,2 см1сек расстояние между осями второго порядка составляет менее 0,1 мм. Поэтому межосиые участки в металле сварных швов (участки, обогащенные ликватами) имеют очень небольшие размеры. [c.307]

Большие скорости роста кристаллов в условиях сварки приводят к меньшей, чем в слитках, дендритной неоднородности. Сопоставление соотйошения концентраций радиоактивной серы в осях кри- [c.312]

Другое объяснение образования мелкокристаллических гладких осадков из растворов комплексных солей состоит в том, что значительная поляризация благоприятствует в большей степени образованию новых кристаллов, чем росту старых. Глэсстон считает это объяснение неудовлетворительным, утверждая, что в некоторых ваннах поляризация невысока. Однако в некоторых случаях указанный фактор обусловливает получение гладкого покрытия. Не следует, однако, считать, что гладкие осадки можно получить только из ванн, содержащих комплексные соли или коллоиды. Одюбер указывает, что для некоторых металлов (меди, висмута, сурьмы, цинка, железа, кобальта и никеля) скорость образования центров кристаллизации значительна, и при некоторых условиях хорошие осадки можно получить из растворов простых солей. В других случаях (серебро, свинец, олово и таллий) скорость образования центров кристаллизации мала сравнительно со скоростью роста кристаллов, и рост крупных и дендритных кристаллов неизбежен, если не применяются специальные электролиты. Причина контраста между гладким покрытием никеля и макрокристаллическим осадком серебра была указана на стр. 452. [c.670]

На рис. 14 приведены дендритная и недендритная структуры плоского и крупногабаритного круглого слитков, полученных соответственно без применения УЗО и с его применением. При увеличении числа потенциальных зародышей кристаллизации и одновременном повышении температуры расплава в жидкой ванне слитка можно, по-видимому, добиться измельчения размеров зерна и ветвей дендритов. При этом некоторое измельчение дендритной ячейки будет не следствием действия присадки модификатора, а результатом изменения температурных условий, т. е. сужением области роста кристаллов. [c.466]

Изложенное объясняет, почему при выделении и растворении кристалла имеется стремление к образованию ровных кристаллических- граней но влияют и другие факторы, которые благоприятствуют менее простым формам. Рост кристалла из раствора может продолжаться только в том случае, если концентрация у поверхнос ги поддерживается немного выше величины насыщения необходимо непрерывное пополнение отлагающегося материала происходит ли это благодаря диффузии или конвекции, оно идет быстрее у углов, так что при росте вероятно углы удлиня1бтся, образуя длинные иглы (фиг. 72) в конце концов это ведет к дендритным формам. Если кристалл образуется при охлаждении расплавленного материала ниже его точки плавления, то кристаллизация может идти только в том случае, если теплота затвердевания отводится, и это. также может происходить предпочтительно у углов, снова благоприятствуя дендритному росту. [c.336]

Исследование влияния количества жидкой фазы в шве на формирование спая на примере пайки низкоуглеродистой электротехнической стали ОЗВД показало, что в среде водорода в больших зазорах (около 0,5—2 мм) кристаллизация в шве происходит с образованием развитой дендритной структуры. При зазорах 0,4—0,3 мм затвердевание идет путем образования и роста крупных ячеистых кристаллов на границе с железом и разветвленных кристаллов в центральной части шва. С уменьшением зазора преобладающей становится ячеистая форма затвердевания. При зазоре 0,05 мм кристаллизация происходит путем образования по [c.31]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...