Оглавление:
Самопроизвольное образование зародышевых центров
- Добровольное обучение медсестер Центра Явления, которые происходят во время кристаллизации, сложны и diverse. It особенно трудно представить начальную стадию процесса, когда в жидкости образуются первые кристаллы или центры кристаллизации. Очевидно, что для выяснения условий появления этих «центров» необходимо четко понимать структуру исходного жидкого металла. Схематическая модель кристаллической фазы и жидкой фазы показана на рисунке 20.
Атомы жидких металлов не располагаются в них хаотично одновременно, так как в газообразном расположении нет точности, которая характерна для твердых кристаллов(рис.20, а).Атомы поддерживают постоянство (дальний порядок). Рис.20.Модель кристаллической (а)и жидкой (о и о) металлической фазы 29 рисунок 21.Изменение зависимости свободной энергии металла при формировании ядра Кристалла! И его размер (Ы) и степень переохлаждения (в）
межатомного расстояния и угловой зависимости на больших расстояниях Людмила Фирмаль
В жидких металлах (рис.20, б) сохраняется только так называемый ближний порядок, если упорядоченное расположение атомов распространено на очень короткое расстояние. Из-за интенсивного теплового движения атомов ближний порядок динамически неустойчив. Минутный объем с правильным расположением генерируемых атомов будет существовать некоторое время, а затем он растворится и вновь возникнет в другом фундаментальном объеме жидкости и т. д.
При температуре, близкой к температуре плавления, может существовать небольшая группа жидких металлов, в которых атомы упакованы так же, как и кристаллы. Такие группы называются фазовыми (или гетерофазными) флуктуациями(рис. 20, в).Для жидких металлов, не содержащих примесей, наибольшая вариация фазы превращается в ядро (центр кристаллизации). Ядра, возникающие в процессе кристаллизации, могут быть разных размеров. Рост ядра возможен только в том случае, если оно достигает определенного значения.
- Отталкиваясь от его величины, приводит к уменьшению свободной энергии. В процессе кристаллизации свободная энергия системы (рис.21, а), с одной стороны, уменьшается на V & f за счет перехода определенного объема жидкого металла в твердое, а с другой стороны, увеличивается в результате образования границы раздела с избыточной поверхностной энергией, равной S <Y. суммарное изменение свободной энергии можно определить по формуле: AF= — УД / + 5ст, где V-объем зародыша. А / — разность свободной энергии жидких и твердых металлов/ f-F, (см. Рисунок 17). S — общая площадь поверхности кристалла.
Ст-поверхностное натяжение. Чем меньше размер ядра, тем выше отношение поверхности к объему, поэтому большая часть суммарной энергии приходится на поверхностную энергию. На рисунке показано изменение свободной энергии металла AF при образовании кристаллического ядра в соответствии с его величиной R и степенью переохлаждения. 21.6.1 1 и назначение-1 ’л /’ 11РопоР / шоиально объем V-G3; incrementally. So пропорциональна поверхности S-r〜.Где r-размер шарового ядра. При образовании ядра меньше 30 Кк или критических (рис.21.6) КК1, РК2, РК3, РКИ свободная энергия системы возрастает, поскольку увеличение свободной энергии за счет образования новых поверхностей уменьшается и перекрывается в результате образования твердых металлических ядер.
То есть навалом бесплатно energy. Людмила Фирмаль
As в результате ядра размером меньше РК не могут расти и растворяться в жидком металле. 7?Если появляется ядро больше K, оно может расти стабильно, потому что свободная энергия системы уменьшается с увеличением размера. Минимальный размер эмбриона 7?В K он может расти при определенных температурных условиях. Это называется эмбрион, размер эмбриона, и сам эмбрион является критическим или равновесным. Критические ядерные значения могут быть определены из соотношения 1. 1 это выражение допустимо только в том случае, если значение At не слишком велико. Энергия, равная 3 мин 1 его поверхностной энергии (работы) АФК расходуется на образование важных ядер: LG ’ 1: 1/’,.Серийный. »
В результате уменьшение объема свободной энергии при переходе атомов из жидкого в твердое кристаллическое состояние оказывается недостаточным для образования значительных nuclei. It компенсирует энергетические затраты, связанные с образованием ядерной поверхности, на 3-2 минуты. Возникает вопрос: откуда берется энергия, необходимая для возникновения важного ядра? Образованию зародыша способствует неравномерное распределение энергии между атомами substance. At при каждой заданной температуре большинство атомов имеют энергию, соответствующую определенному среднему значению.
Однако в небольшом количестве материи всегда будет некоторое количество атомов, которые имеют меньшую или большую энергию, чем в среднем. Эти случайные и временные отклонения энергии отдельных атомов или групп атомов от среднего значения конкретного атома Температура называется колебанием энергии. Энергия, необходимая для образования ядер критического размера, получается за счет флуктуации энергии: растущее ядро образуется в месте, где гетерогенная флуктуация жидкого металла выше критического размера имеет повышенную энергию. при температурах, близких к tn, размер критического ядра очень велик, и вероятность его образования должна быть small.
As степень переохлаждения возрастает, величина f увеличивается(см. рис. 17), что незначительно изменяет величину поверхностного натяжения на границах фаз. В результате с увеличением степени переохлаждения (или снижением температуры кристаллизации) размер критического ядра уменьшается, а работа, необходимая для его образования, становится меньше. Подключено 22.Картина роста кристаллической плоскости при двумерной нуклеации (а) и вокруг винтовых дислокаций(б) Это приводит к значительному увеличению числа ядер кристаллизации (центров) или скорости образования этих ядер, по мере увеличения степени гипотермии ядра небольших размеров могут расти (см. Рисунок 21).
Рост ядра кристалла происходит в результате перехода атомов из переохлажденной жидкости в Кристалл. Кристаллы растут слоями, каждый слой имеет одну атомную толщину. Существует 2 основных процесса роста кристаллов. 1.На плоской поверхности полученных кристаллических кристаллов образуется 2-D ядро (то есть ядро толщиной в один атом) (рис.22а, позиция 3). Двумерный эмбрион должен быть более чем критичным size. At небольшой размер, ядро не будет стабильным. Это связано с увеличением свободной энергии системы за счет образования дополнительных интерфейсов. , 2.Рост двумерных ядер обусловлен проникновением атомов из переохлажденной жидкости.
После того, как на плоскости образуется двумерное ядро, дальнейший рост нового слоя протекает относительно легко、 Потому что 32, кажется, полезно для фиксации атомов, проходящих из жидкости. Атомы в положении 1 (рис.22, А) слабо закреплены, они могут легко перемещаться вдоль поверхности и снова отрываться. Атомы в положении 2 имеют 3 связи и прочно закреплены. Когда двумерный слой генерируемых атомов покрывает всю поверхность, образуется новое двумерное ядро критического размера для образования следующего такого же слоя, образованного выше mechanism. As в результате скорость роста кристаллов определяется вероятностью образования двумерных ядер.
Чем больше степень переохлаждения, тем меньше ве -.С этой 2-мерной важной ядерной идентичностью она легко формируется. * Рост кристалла значительно облегчается тем, что его поверхность не представляет собой идеально ровную плоскость. На поверхности растущего Кристалла всегда имеются различные поверхностные дефекты в виде ступенек и выступов, на которых новые атомы легко удерживаются из жидкости. В этом случае рост кристалла может протекать даже без 2-х образований. Измерение эмбриона. ■Всегда есть дислокация в растущем Crystal. In в том месте, где на поверхности появляется спиральная дислокация, есть ступень, на которой атомы, выходящие из жидкости, легко прилипают (рис.22.6).Спиральная дислокация образует спираль роста от 1 до нескольких тысяч атомов на поверхности кристалла
. Геликоидальный рост был экспериментально обнаружен при изучении роста монокристаллов магния, кадмия, серебра и других металлов. Количество центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. При прочих равных условиях скорость процесса кристаллизации и структура металла после затвердевания зависят от количества ядер. За единицу времени (центр кристаллизации) и за единицу объема, то есть скорость зарождения и образования[1 /(см3.s)] и за единицу времени (мм / с), обусловленную скоростью роста (роста) ядра, или скоростью увеличения линейного размера растущего Кристалла. Чем выше скорость зарождения и чем выше скорость роста, тем быстрее происходит кристаллизация process.
At равновесная температура кристаллизации rn, число ядер и скорость роста равны нулю, поэтому кристаллизация не происходит(рис.23, а).С увеличением степени гипотермии скорость, зарождение и скорость роста увеличиваются, что уменьшается, когда специфическая гипотермия достигает своего максимума. С увеличением степени переохлаждения скорость нуклеации, а следовательно и их количество, увеличивается быстрее, чем скорость роста. это свойство H вариации. И.
в зависимости от степени переохлаждения R она описывается следующим образом: по мере увеличения степени переохлаждения увеличивается разница в свободной энергии между жидким металлом и твердым металлом A/, что способствует увеличению скорости кристаллизации v, то есть скорости зарождения и роста(см. рис.23).Однако, образование и рост ядер требует диффузии атомов в жидком металле.. В связи с этим высока степень переохлаждения Осаждение за счет снижения скорости диффузии (диффузионной способности) (низкая температура） 2 Ю. М. Лахтин и др.33У. З. С. Р. Д. Звуковая частота. Рис.23. зависимость Ч. И. p. s., A/, DAV (средняя скорость кристаллизации) степень переохлаждения Az Zii D:
рисунок 23b) нуклеация и рост difficult. As в результате увеличивается количество эмбрионов и скорость их роста decreases. At очень низкие температуры (высокая степень переохлаждения), диффузионная подвижность атомов настолько мала, что объем свободной энергии в момент кристаллизации а / В этом случае после затвердевания необходимо достичь аморфного состояния. Для металлов в нормальных условиях скорость зарождения (bh) и скорость роста (s. R) реализуются только восходящими ветвями[23] сплошной линии рисунка. В этих условиях металл затвердевает до достижения степени переохлаждения, и Н уменьшается. И.
скорость зарождения r и линейная скорость роста кристаллов определяют скорость кристаллизации V. средняя скорость изотермической кристаллизации v с увеличением степени переохлаждения и h. p сначала увеличивается, достигая максимального значения, а затем уменьшается (рис.23.6). Размер зерна. Чем быстрее скорость зарождения и чем медленнее скорость роста, тем меньше размер кристаллов (частиц), которые растут из 1 ядра, тем тоньше структура металла. Размер частиц зависит от количества ядер (или скорости их образования) и скорости роста. Если степень переохлаждения небольшая (скорость охлаждения медленная), то количество ядер будет небольшим.
В этих условиях крупные зерна являются obtained. As степень переохлаждения увеличивается, процент нуклеации увеличивается, а размер частиц затвердевшего металла уменьшается. Размер частиц металла значительно влияет на механические свойства. Эти свойства, особенно вязкость и пластичность, выше с более мелкими зернами металла. Размер зерна зависит не только от степени переохлаждения. 34 на размер зерна в значительной степени влияют температура нагрева и побочные продукты. Жидкий металл щеки, его химический состав, особенности наличия в нем примесей.
Смотрите также:
Решения задач по материаловедению
| Гетерогенное образование зародышей | Диффузия |
| Строение металлического слитка | Первичная кристаллизация металлов |
