Формирование структура литых материалов

Формирование структура литых материалов

• Формирование структуры литейного материала Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердых кристаллических веществах называется вторичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит из 2 одновременных процессов: зарождения и роста кристаллов. Кристаллы зарождаются спонтанно(самопроизвольная

кристаллизация) или растут в уже имеющемся готовом центре кристаллизации (непроизвольная кристаллизация). Спонтанный Крис и др. Шафунерк? Самопроизвольная кристаллизация обусловлена стремлением вещества к более стабильному состоянию, которое характеризуется снижением термодинамического потенциала G. При повышении температуры термодинамический потенциал вещества как в твердом, так и в жидком состоянии уменьшается. Это показано на рисунке. 2.1.

Температура, при которой термодинамический потенциал веществ в твердом и жидком Людмила Фирмаль

состояниях равен, называется равновесной температурой кристаллизации. Кристаллизация происходит, когда термодинамический потенциал вещества в твердом состоянии ниже термодинамического потенциала вещества в жидком состоянии, то есть когда жидкий металл переохлажден ниже равновесной температуры. Плавление — это обратный процесс кристаллизации, происходящий при температурах выше равновесных.

При перегреве. Разница между фактической температурой плавления и Кристаллом Плавление называется температурным гистерезисом. Жидкие металлы с ближним порядком, присущим расположению атомов, имеют большее внутреннее травление, чем твердые металлы с дальним строением, так что при кристаллизации выделяется тепло. Существует четкая зависимость между теплотой (Q) и температурой кристаллизации (7.). при равновесной температуре кристаллизации термодинамический потенциал жидкого и твердого состояний равен,

• поэтому из Формулы (1.1) АЖМ-TfcAS», » Неум-Т ^; ЛНК-ЛИ — ТК(СПРАШИВАТЬ-СПРОСИТЬ）; Вопрос= Параметр as ’ = Q / T характеризует порядок расположения атомов при кристаллизации. В зависимости от силы межатомной связи теплота кристаллизации различных металлов варьируется от 2500 Дж / моль (Na, K и др.) до 20 000 Дж / моль (Вт и др.).Когда чистые элементы кристаллизуются、 Рисунок 2.1.Изменение термодинамического потенциала в зависимости от температуры металла в твердом и жидком состояниях т. Рисунок 2.2.Кривая охлаждения металла охлаждение компенсируется кристаллизацией heat.

In в связи с этим в Кривой охлаждения, которая обозначается температурными и временными координатами, процесс кристаллизации соответствует правовому режиму(рис.2.2). в большом объеме жидкого металла тепло, выделяющееся при кристаллизации, поднимает температуру почти до равновесного состояния (рис.2.2, кривая«). при малом объеме металла выделяющегося тепла недостаточно, в результате чего происходит кристаллизация за счет переохлаждения по сравнению с равновесной температурой(рис. 2.2, кривая «б»). Разница между равновесной (TJ) и фактической (Ty) температурами кристаллизации называется степенью переохлаждения (AT).Степень переохлаждения зависит от природы металла. 10-30 СС; при высоких скоростях охлаждения она может достигать сотен градусов. Я… 。 РВ СН СБ Ас Си Гэ ни со Ст по. 。 .8OII8I35 23O 236295 3I9 33O37O Как правило,

степень перегрева при плавке металлов не превышает нескольких градусов. Людмила Фирмаль

В жидком состоянии атомы вещества движутся хаотически вследствие теплового движения. В то же время В жидкости имеется группа атомов с небольшим объемом, и расположение атомов вещества в ней во многом напоминает расположение атомов в кристаллической решетке. Эти группы неустойчивы, растворяются в жидкости и появляются вновь. Переохлаждение жидкости позволит некоторым из самых больших жидкостей расти стабильно. Эти стабильные атомные группы называются центрами кристаллизации (ядрами).Колебания энергии способствуют образованию ядер. Отклонение энергии атомной группы отдельных зон жидкого

металла от определенного среднего значения. Размер полученного ядра зависит от размера зоны вариации. С появлением центра термодинамический потенциал системы AG ^изменяется (рис. 2.3).С одной стороны, когда жидкость переходит в кристаллическое состояние, термодинамический потенциал уменьшается только на величину FAG (Gj), а с другой стороны, он увеличивается, поскольку граница раздела между жидкостью и ядром Кристалла соответствует So (C2). AGo6iu = — PAC,+ (2.1) V объем эмбриона, см3.S аспект эмбриона, см2; o присущий Рисунок 2.3.Изменение термодинамического потенциала при нуклеации в зависимости

от размера Поверхностное натяжение на границе раздела Кристалл-жидкость, Дж / см2（Н / м); AG, определенная разница в термодинамическом потенциале при переходе жидкости в кристаллическое состояние(Дж / см3). АС,, = ООК / Т ^. (2.2） Предполагая, что ядро имеет кубическую форму с ребром A, общее изменение термодинамического потенциала L3Ab; + 6L2a. (2.3） Из Формулы (2.3) видно, что радиационная зависимость изменения термодинамического потенциала от размера ядра максимальна при некотором значении А, которое называется

критическим(рис.2.3).Эмбрионы большего размера, чем критические, вызывают снижение AGttlll, поэтому они устойчивы и могут расти. Эмбрионы размером менее критического нестабильны и растворяются в жидкости, вызывая увеличение AGfOr. To определив критическое значение A, необходимо дифференцировать AG относительно A и сделать производную равной нулю. dAG ^ JdA = 0, то ЛР-4О / D6g (2.4） При увеличении переохлаждения поверхностное натяжение изменяется незначительно, а AG повышается rapidly. As в результате с увеличением степени гипотермии критический размер ядра уменьшается, и появляется больше ядер, способных

к росту. Это можно легко проверить, вычисляя критический размер ядер, таких как железо, при различных степенях переохлаждения(D7,= 10 K и DT2 = = 100 K).Зная AG, рассчитывают по формуле (2.2): удельная скрытая теплота плавления железа C = 1,5-103 Дж / см3 и его температура плавления (кристаллизации) 1812 к, AG» AT,= 10 K. = 1,5■I O3 * 10/1812 = 8,278 Дж / см3. Присвойте значение AC. Значение формулы (2.4) o (для железа, равное 204 −10 ″ 7 Дж / см2), полученное А, Р-4•204•10″ ’/8.278-98.6×10″ 7 см = 98,6 Нм. Аналогичный расчет, выполненный для АТ2 = 100 ° C, показывает, что в этом случае

он равен/ 1«p-9,86 нм. Следует иметь в виду, что период решетки высокотемпературной модификации железа равен примерно 0,3 им. Вы можете рассчитать количество единичных клеток в ядрах критического размера. Если степень переохлаждения равна 10 К, то железный сердечник критического размера будет содержать 3,55 * I07 единичных ячеек, а при степени переохлаждения 100 К он составит 3,55•10*. Скорость процесса при затвердевании и конечный размер кристалла определяются соотношением скорости роста кристалла и образования центра кристаллизации. Скорость нуклеации измеряется количеством ядер, образующихся за единицу

времени в единицах объема (1 мм «3-с» 1).Скорость роста а-линейное увеличение размера (мм / с) растущих кристаллов за единицу времени. Оба процесса связаны с атомными смещениями и зависят от температуры. График зависимости скорости нуклеации и скорости ее роста от степени гипотермии представлен на рисунке. 2.4. Рис.24.Изменение скорости зарождения. h. и скорость роста кристаллов S. p. s. в зависимости от степени переохлаждения В случае металла, который вряд ли станет большой температурой в нормальном состоянии кристаллизации, верхняя ветвь кривой обычно характерна. Это означает, что при равновесной температуре,

когда степень переохлаждения равна нулю, скорость зарождения и скорость роста также снижаются до нуля. То есть происходит кристаллизация НС. Если степень переохлаждения мала, то критическое ядро и ко велики, а скорость зарождения мала, и при затвердевании образуется большая кристаллическая структура. Определенная степень переохлаждения достигается заливкой жидкого металла в формы с низкой теплопроводностью (Земля, шамот) или в виде нагретых металлов. При заливке жидкого металла в холодную металлическую форму, а также при уменьшении толщины Литейной стенки происходит увеличение переохлаждения occurs. In в этом случае скорость зарождения возрастает более интенсивно, чем скорость роста, в результате чего образуются более мелкие кристаллы.

Смотрите также:

Материаловедение — решение задач с примерами

Несамопроизвольная кристаллизация	Жидкие кристаллы
Форма кристаллов и строение слитков	Структура полимеров, стекла и керамики