Переохлаждение концентрационное

Переохлаждение в чистых металлах называется термиче- р ским, в сплавах, где температура Гпл уменьшается с повышением концентрации примеси, — концентрационным. [c.435]

Еще одна особенность кристаллизации сплавов — влияние градиента концентрации растворенного элемента в слое переохлажденного расплава, контактирующего с твердой фазой, на температуру Т я- При кристаллизации сплавов происходит диффузионное перераспределение примесей между жидкой и твердой фазами. Переохлаждение, связанное с перераспределением примесей, принято называть концентрационным переохлаждением. [c.443]

Увеличение концентрации примеси перед фронтом кристаллизации приводит к снижению температуры ликвидуса. При этом возникает область концентрационного переохлаждения АТ (рис. 12.10), поскольку из-за изменения состава 1 этого слоя меняется и температура кристаллизации 2. Фактическая температура 3 расплава, зависящая от сложившихся температурных условий кристаллизации, может быть ниже равновесной температуры 2, что вызывает переохлаждение 4 и обеспечивает возможность кристаллизации. [c.443]

Тип первичной микроструктуры сплава зависит от формы роста кристаллов, определяемой видом фронта кристаллизации и характером концентрационного переохлаждения перед этим фронтом. [c.444]

При средней протяженности зоны концентрационного переохлаждения 62, когда Ф2 A o/k, образуется ячеисто-дендритная [c.444]

Анализ процесса кристаллизации сварного шва, его макроструктуры позволяет установить направление роста, форму и характер смыкания кристаллитов в шве. Оценка параметров концентрационного переохлаждения, распределений температурных градиентов и скорости кристаллизации в различных зонах шва необходимы для определения типа образующейся первичной структуры. [c.447]

На тип структуры шва большое влияние оказывает концентрационное переохлаждение. Это влияние можно оценить, рассматривая длину зоны переохлаждения Ь, максимальное переохлаждение АГтах и расстояние т от фронта кристаллизации [c.453]

При малом Ь,т = 0 и Со -> О, т. е. при кристаллизации почти чистых металлов в отсутствие концентрационного переохлаждения происходит плоская кристаллизация. Криволинейные очертания межфазной границы в сварочной ванне сглаживаются, так как выступающие зоны попадают в область более высоких температур и скорость их кристаллизации уменьшается. Структура получается столбчатой. Такой тип структуры существует вблизи зоны сплавления, так как здесь концентрационное переохлаждение равно нулю. [c.454]

В случае значительного концентрационного переохлаждения (большие значения Со, т, Ь) для роста выступов фронта кристаллизации в ванне создаются благоприятные условия. [c.454]

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]

Обобщенная зависимость типа структуры от содержания примеси С и значения критерия концентрационного переохлаждения Ф представлена на рис. 12.22. [c.454]

Формирование сварного соединения при сварке плавлением сопровождается сложными диффузионными процессами в жидкой и твердой фазах, которые приводят к изменению химического состава в различных зонах, выделению или перераспределению примесей и легирующих элементов. При рассмотрении явления концентрационного переохлаждения уже указывалось на то, что состав кристаллизующейся твердой фазы будет отличен от состава исходного расплава. Вследствие этого по мере увеличения количества затвердевшего металла состав остающегося расплава, так же как и состав образующейся твердой фазы, будет постоянно изменяться. Поэтому при неизменности общего количества примесей в кристаллизующемся объеме сварочной ванны содержание их в различных участках шва неодинаково, что может приводить как к изменению прочностных характеристик, так и к снижению показателей свариваемости. [c.455]

При ускоренном охлаждении и больших степенях переохлаждения вместо стабильной фазы 0 часто образуется метастабиль-ная фаза 0, содержащая обычно меньше растворенного компонента, чем в стабильной (см. рис. 13.6). Фаза 0 зарождается гетерогенно предпочтительно на малоугловых границах блоков внутри зерен, скоплениях вакансий и отдельных дислокациях. Они имеют полностью или частично когерентные границы раздела. Возникновение метастабильных фаз обусловлено меньшим значением энергетического барьера при их зарождении, чем стабильных. Кроме того, для возникновения метастабильной фазы требуются меньшие концентрационные флуктуации. При длительной выдержке может произойти переход 0 в 0, в результате чего будет достигнуто равновесное состояние сплава с минимальной свободной энергией. [c.498]

Применение облицовок форм, содержащих теллур, алюминий, титан и другие металлы, которые в массивных узлах и в местах теплоизоляционных вставок диффундируют в металл и увеличивают количество центров кристаллизации и концентрационное переохлаждение, приводит к выравниванию скорости кристаллизации и структурной неоднородности. [c.83]

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]

Получение направленной структуры требует задания определенного градиента температуры у фронта затвердевания, обеспечивающего динамическую устойчивость поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Плоский фронт кристаллизации устойчив при отсутствии концентрационного переохлаждения, что определяется условием [c.417]

Следует отметить, что подсчет вероятности осуществляется с помощью формулы Пуассона — Смолуховского, не учитывающей физической сущности процессов. Это обстоятельство вообще ставит под сомнение применимость этой формулы к изучению фазовых превращений в твердом состоянии, связанных с ограничением возможной растворимости элементов в решетке определенного типа. В частности, в данном случае, когда максимальная растворимость углерода в а-фазе не превышает 0,02 %, трудно представить возможность пересыщения ее углеродом в 40 раз в условиях, приближающихся к равновесным (например, при медленном нагреве). Такой процесс кажется еще менее вероятным, если учесть, что для получения способного к росту зародыша необходимо достичь концентрационной флуктуации в объеме, равном критическому при данной температуре. Критический же размер зародыша, как известно, зависит от степени перегрева (переохлаждения) и вблизи температуры превращения может оказаться весьма большим. [c.16]

При получении устойчивой суспензии создаются условия для зарождения центров кристаллизации в объеме концентрационных флуктуаций адсорбированного веш,ества, формирующего локальное концентрационное переохлаждение. В этом случае состояние расплава может значительно отклоняться от положения равновесия и фазовый переход должен происходить с меньшим энергетическим барьером, чем при обычных условиях кристаллизации. [c.223]

Наряду с прямыми дифракционными методами исследования жидкого состояния применяют и косвенные измерение магнитной восприимчивости, термо-э. д. с., электросопротивления, самодиффузии, растворимости, кинематической вязкости, переохлаждения, поверхностного натяжения на границе жидкость — пар. Эти методы позволяют выявить влияние малых добавок примесей на свойства жидкости. По влиянию модифицирующих добавок и примесей на различные свойства расплава можно судить об их активности. Критерием эффективности воздействия модификатора должна послужить концентрационная и температурная зависимость изменения того или иного свойства. Таким наиболее часто применяемым критерием является поверхностное натяжение на границе жидкость — пар. [c.11]

Для.выбора модифицирующей добавки необходимо использовать рассмотренные в главе III теоретические и экспериментальные критерии, которые позволят по концентрационной зависимости поверхностного натяжения и переохлаждения определить оптимальное количество модификатора. Поскольку оптимальную концентрацию добавки можно установить по относительному изменению Ож-п и АГ, то абсолютные значения измеряемых характеристик не играют большой роли важно только при исследовании получить воспроизводимые результаты. [c.188]

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]

Толщина слоя перед фронтом кристаллизации, обогащенного примесью, лежит в пределах 10 —10 см и зависит от скорости диффузии в расплаве и от скорости роста твердой фазы. Этот слой создает перед фронтом кристаллизации зону так называемого концентрационного переохлаждения, связанного с возникновением в расплаве перед фронтом кристаллизации градиента концентрации второго компонента. Существование и величина этой зоны зависят от толщины обогащенного слоя и от градиента температуры в расплаве. Концентрационное переохлаждение может исчезнуть, если градиент температуры в расплаве будет равен (или больше) градиенту температуры ликвидуса у фронта кристаллизации. [c.100]

На форму роста кристаллов затвердевающего сплава величина переохлаждения оказывает решающее влияние. Гладкий фронт кристаллизации устойчив при малом термическом переохлаждении расплава перед фронтом кристаллизации. С развитием зоны концентрационного переохлаждения гладкая форма фронта кристаллизации становится неустойчивой, появляются выступы, вершины которых продвигаются через обогащенный примесью слой расплава. Возникает дополнительный диффузионный поток (параллельный фронту), что снижает концентрацию примеси в этих местах и тем самым повышает температуру кристаллизации на вершинах выступов. Все ЭЮ обеспечивает устойчивость системы выступов, образуется ячеистая структура. [c.100]

Как уже отмечалось, характер кристаллизации зависит в основном от двух причин скорости затвердевания и величины концентрационного переохлаждения. Скорость роста твердой фазы определяется интенсивностью отвода скрытой теплоты кристаллизации. Для непрерывного роста твердой фазы необходимо отводить скрытую теплоту затвердевания от межфазной границы. [c.101]

Если зона переохлаждения (концентрационного или термического) значительна, то ячейки выбрасывают ветви и превращаются в дендриты. Характерной чертой дендритной кристаллизации является большая скорость продвижения дендритов в расплав. При этом важно отметить, что ось дендрита и его ветви растут в определенных кристаллографических направлениях в зависимости от типа кристаллической решетки металла. Так, для металлов с о. ц. к. и г. ц. к. решетками направления преимущественного ростд <100>, для металлов с г. ц. к. решеткой <210>, [c.100]

В аустените, переохлажденном до соответствующих температур (ниже точки е), происходит диффузионное перераспределение углерода, в результате которого образуются участки аустенита, богатые и бедные углеродом. Образование концентрационной неоднородности приводит к возникновению напряжений, а так как для бедных по углероду участков мартенситная точка лежит выше температуры изотермической выдержки, то пластическая деформация приведет к - а-превращенпю ио мар-тенситной реакции. Превращение 7 0 при бейнитном превращении по мартенситному типу является его характерной особенностью и подтверждается тем, что образование бейнита сопровождается появлением рельефа на полированном шлифе. [c.270]

На рис. 4.23, а показана небольщая часть фазовой диаграммы бинарного сплава А—В, обогащенного компонентом А. Основы фазовых диаграмм рассмотрены в работе [33]. Вместо плавления и затвердевания при единственной температуре Та сплав, содержащий примесь б в Л и имеющий концентрацию В, в идеальном случае плавится в интервале температур от Ту до 7з. Диаграмма на рис. 4.23, а составлена для растворенного вещества В, которое понижает точку плавления вещества А. Заметим, что обе температуры Ту н Тз лежат ниже точки плавления чистого металла А. При охлаждении сплава состава Ву из области жидкости и при условии, что переохлаждение отсутствует, зарождение твердой фазы начинается при температуре Гь Твердая фаза, появившаяся при этой температуре, имеет состав б] и оставляет жидкость состава Ьу. При дальнейшем охлаждении осаждается большее количество твердой фазы, имеющей состав, который изменяется вдоль линии солидуса. Состав оставшейся жидкости изменяется по линии ликвидуса. При температуре Т твердая фаза имеет состав бз, жидкая — Ьз, а при температуре Тз твердая фаза состава бз находится в равновесии с жидкостью состава бз. До сих пор считалось, что скорость охлаждения бесконечно мала, так что всегда поддерживается равновесный состав. Другими словами, твердая фаза состава б], появившаяся первой, успела диффузионно перейти в состав бз, пока температура падала до Тз. Поскольку диффузия в твердом состоянии всегда медленна, а скорость охлаждения не может быть бесконечно мала, концентрационное равновесие никогда не достигается, в результате чего при температуре ниже Тз состав твердой фазы оказывается между 61 и 63, а жидкость с избытком В не затвердеет окончательно, пока температура не достигнет Т . [c.170]

Концентрационное переохлаждение 4 характеризуется протяженностью зоны Ь, максимальным значением АГтах и расстоянием т от фронта кристаллизации до участка максимального переохлаждения и возрастает с понижением градиента фактических температур grad Гф = дТф/дх, а также с увеличением концентрации примеси перед фронтом кристаллизации. Концентрация примеси будет возрастать с увеличением скорости кристаллизации. Таким образом, в случае сварки концентрационное переохлаждение метал- ионного переохлаждения (/ -ла шва определяется режимом твердая фаза, II — расплав) [c.443]

Рассмотрим три возможных случая кристаллизации сплава при различной протяженности зоны концентрационного переохлаждения bi, 62 и Ьз (рис. 12.11), вызванной различными распределениями температуры в жидкой фазе Гфь Тф% Тфз (критерии концентрационного переохлаждения соответственно Ф , Фг, Фз). Условием, определяющим характер роста кристалла и формирование первичной структуры, будет соотнощение двух параметров Ф и A olk (Л — экспериментально определяемая постоянная для данного Со, зависящая от теплофизических свойств А — коэффициент распределения). При малой протяженности зоны концентрационного переохлаждения Ь Ф > [c.444]

Рис. 12.11. Влияние градиента температуры перед фронтом кристалли-зации на концентрационное переохлаждение

Если протяженность зоны концентрационного переохлаждения 6з достаточно велика и переохлаждение больше некоторой критической величины, при которой еще происходит образование ячеистой структуры, то на всех ячейках начинают образовываться ветви и они превращаются в дендриты. Условием образования дендритной первлчной структуры (рис. 12.12, в) будет Фз<.АСо/к. Дендриты сплавов имеют субструктуру, напоминающую ячеистую. Образование такой структуры на дендритах, растущих в расплаве, содержащем примеси, связано с тем, что растущая ветвь дендрита отталкивает атомы примеси так же, как и плоский фронт кристаллизации. Скопление примесей и концентрационное переохлаждение приводят к образованию ячеек на ветвях дендритов. С увеличением переохлаждения размеры дендритов и их разветвленность возрастают. [c.445]

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]

При небольшом концентрационном переохлаждении (малых Со, т, Ь) и большом grad получается ячеистая структура. [c.454]

Межкристаллитная, или межзе-ренная, ликвация характеризуется скоплением примеси у межзеренных границ и проявляется в случае концентрационного переохлаждения. [c.465]

При высоких (закалочных) скоростях охлаждения и степенях переохлаждения в некоторых сплавах типа твердых растворов замещения (алюминиевых, медных, никелевых и др.) образуются особого рода метастабильные фазы, представляющие собой локальные зоны с повышенной концентрацией легирующего элемента. Из-за различия в атомных диаметрах металла-растворителя и легирующего элемента скопление последнего вызывает местное изменение межплоскостных расстояний. Эти зоны называют зонами Гинье — Престона (ГП). Учитывая, что тип решетки не изменяется, зоны ГП часто называют предвыделениями . Они имеют форму тонких пластин или дисков и размеры порядка мкм. Границы их раздела полностью когерентны, поэтому поверхностная энергия зон пренебрежимо мала. У зон малого размера энергия упругих искажений решетки также мала, поэтому энергетический барьер для их зарождения весьма невелик. Зоны ГП зарождаются гомогенно на концентрационных флуктуациях. Особенность образования зон ГП — быстрота и безынкубационность их возникновения даже при комнатной и отрицательной температурах. Это обусловлено повышенной диффузионной подвижностью легирующих элементов, которая связывается с пересыщением сплава вакансиями при закалке. [c.498]

Концентрационное и термическое переохлаждение способствует развитию дендритной или микроскопической ликвации. В аустенитных швах направленность столбчатых кристаллов выражена наиболее четко. Повышенное сечение и поэтому малая поверхность столбчатых кристаллов способствуют образованию межкристаллитных прослоек повышенной толщины, что и увеличивает вероятность образования горячих трещин. Применение методов, способствующих измельчению кристаллов и дезориентации структуры, утоньшая межкристаллитные прослойки, несколько повышает стойкость швов против горячих трещин. [c.353]

Без переохлаждения кристаллизация невозможна. Переохлаждение может быть термическим и концентрационным. Термическое переохлаждение технически чистых металлов имеет значение только при образовании зародышей. Однако в сварных швах всегда есть уже готовые центры кристаллизации. Поэтому вследствие уменьшения энергии образования зародыша требуемое переохлаждение может быть меньшим или необходимость в нем может отсутствовать. Особого внимания в этом отношении заслуживают нерасплавившиеея кристаллы основного металла, на которых может происходить эпитаксиальная кристаллизация из жидкой фазы 1. [c.30]

Роет зародышей кристаллизации связан с концентрационным переохлаждением. Оно развивается только в сплавах или в сильно загрязненных металлах. Расплав кристаллизуется в некотором интервале температур, а легирующие элементы или примеси снижают температуру ликвидуса Они накапливаются перед фронтом кристаллизации и снижают температуру ликвидуса еще в большей степени (рие. 3.1). Этот эффект повышается е увеличением скорости кристаллизации. Благоприятные условия в этом отношении создаются при электрошла-ковой сварке (малые температурные градиенты) и при контактной точечной сварке (высокая скорость кристаллизации). Б соответствии с объемным распределением градиентов температур и скоростей кристаллизации в сварном шве непрерывно возрастает концентрационное переохлаждение от границы сплавления к середине шва, В этой зоне возникает наибольшая вероятность образования зародышей кристаллизации, в результате чего при определенных условиях в середине сварного шва веледетвие концентрационного переохлаждения может возникнуть второй фронт кристаллизации, [c.30]

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]

Вершины растущих крисгал-литов прорастают в зону концентрационного переохлаждения. Направления предпочтительной ориентации бокового роста обусловливают разветвление дендритов в соответствии с указанным выше механизмом (фото 3.5). [c.31]

Если кристалл ориегггироваи параллельно направлению теплоотвода, то дендрит растет на ием наиболее быстро. Другие дендриты изменяют ориентацию в процессе роста и разветвляются. Чем мельче структура основного металла на границе сплавления, тем большее число кристаллов имеет благоприятную ориентацию и тем больше избранных дендритов образуется в металле шва. В сплавах возможно образование второго фронта кристаллизации в результате концентрационного переохлаждения. Металл пша, затвердевающий в последнюю очередь, имеет равноосную, разориентированную структуру. [c.75]

Вопросы напрвленной кристаллизации для сплавов вольфрама пока не получили достаточного развития. Общим для изучаемых систем является то, что эвтектическое затвердевание весьма чувствительно к величине градиента температуры, концентрационному переохлаждению, скорости кристаллизации. Продольная микроструктура доэвтектического сплава вольфрама [1,6 % (масс.) С] состоит из переплетающихся вольфрамовых и карбидных W -волокон, вытянутых в направлении теплоотвода. При приближении состава сплавов к эвтектическому наблюдается более четко выраженный направленный рост кристаллов W и W . Для заэвтектических сплавов [2,5...2,8 % (масс.) С] получение направленной структуры затруднено. Интересно отметить образование спиралевидной эвтектики при малых скоростях вытягивания слитка. [c.227]

Тщательно проанализировав предлагаемые на основании тех или иных теорий способы выбора модификаторов, можно утверждать, что ни один из рассматриваемых теоретических критериев нельзя признать универсальным. Выбор модификаторов по донорно-акцептор-ной теории, по Периодической системе элементов Менделеева, по обобщенному моменту можно осуществить лишь в отдельных случаях. Размерный фактор, факторы изоморфности и электроотрицательности, коэффициент распределения позволяют оценить растворимость модифицирующей добавки. Поскольку активность модификатора связана с его растворимостью, эти факторы, особенно размерный, могут быть использованы для прогнозирования выбора модификатора. Все теоретические предпосылки должны быть подтверждены надежными экспериментальными критериями, в качестве которых следует рекомендовать методы измерения поверхностного натяжения на границе жидкость — пар, величины переохлаждения, методику определения дезактивации нерастворимых примесей и метод вакуум-кристаллизации. По концентрационной зависимости а -п и переохлаждения можно установить оптимальную добавку модификатора. Критический отбор теоретических и экспериментальных критериев и их сопоставление позволят правильно подойти к вопросу выбора модификаторов. [c.155]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...