Кристаллизация металлов

• Кристаллизация металлов \ Кристаллизация-это процесс образования кристаллов. Различают первичную и вторичную кристаллизацию. Первичные-кристаллы образуются из жидкости в процессе затвердевания металла. Изменение кристаллической структуры металла во вторично-твердом состоянии.

Кристаллизация металлов

Термический анализ позволяет создать кривую нагрева или охлаждения вещества и периодически регистрировать его температуру. Полученные кривые не совпадают для кристаллических и аморфных материалов.

На рис. 2.1 показана кривая охлаждения для кристаллических материалов, которая показывает, что переход кристаллических материалов из жидкого состояния в 

твердое происходит при температуре кристаллизации (Tyr). Людмила Фирмаль

Этот переходный процесс происходит в определенное время и сопровождается выделением скрытой теплоты crystallization. So, несмотря на охлаждение металла, температура за это время не меняется(горизонтальный участок кривой).

Затвердевание аморфного вещества (рис.2.1.6) происходит постепенно, без четких границ между жидкостью и твердым веществом. В условиях медленного охлаждения и нагрева температура плавления и кристаллизации составляет equal. In при этом оба процесса протекают при постоянной температуре.

• При быстром охлаждении происходит определенная степень переохлаждения. Интервал между 7cr и T i называется размером суб-охлаждения(2.1, c).На рис. 2.1 и d показан фрагмент случая, когда тепло, выделяющееся в результате кристаллизации, приводит к постоянному повышению температуры по сравнению с исходным значением переохлаждения.

Рисунок 2.1, кривая охлаждения материала： а-Кристалл; 6-аморфное; быстро охлаждающееся кристаллическое вещество при О Г-переохлаждение Кристаллизация не происходит мгновенно во всем объеме, но gradually. It объединяет 2 основных процесса: появление центра кристаллизации (ядра) и рост кристалла из центра кристаллизации. Эти процессы происходят одновременно.

Центром кристаллизации являются либо мельчайшие частицы затвердевшего металла, либо посторонние твердые примеси, присутствующие в жидкости metal.

As процесс кристаллизации продолжается, происходит как зарождение центра кристаллизации iiodmx, так и рост кристалла(рис.2.2). Людмила Фирмаль

в процессе кристаллизации кристаллы во время роста окружены жидкостью, но имеют правильную форму. Но при столкновении кристаллов и их взаимном росте нарушается правильная форма кристаллов. После затвердевания металла получаются кристаллы неправильной формы, границы которых в большинстве случаев приобретают округлый контур.

Такие кристаллы называются частицами или микрокристаллами. Внутри каждого зерна, определенное направление Кристалла Решетка, которая отличается от направления кристаллической решетки соседних частиц. 9/5 9/9 Рисунок 2.2.Процесс кристаллизации Охлаждающая поверхность Рисунок 2.4.Расположение дендритов по зоне слитка (ДК черной）

Если рост кристаллов происходит в направлении 3, то образующиеся в результате кристаллизации микрокристаллы имеют форму деревьев. Эти кристаллы называются дендритами(рис. 2.3). Такая дендритная структура характерна для металлических слитков. По структуре выделяются 3 зоны дендритов. I-поверхностная зона, состоящая из мелких дендритов в разных направлениях

Товарищ; / / — зона столбчатых кристаллов, состоящая из параллельных дендритов. /// — Внутренний zone. It состоит из крупных дендритов с разными направлениями (рис. 2.4). Свойства металла в значительной степени зависят от размера частиц. Поэтому металл в микроструктуре обладает более высокими механическими свойствами и обрабатываемостью, чем металл в крупном зерне. Д. Ладно.

Чернов установил, что процесс становится количественным, если известны 2 величины скорости зарождения и скорости роста кристаллов центра кристаллизации. Скорость зарождения центра кристаллизации определяется количеством кристаллов, которые возникают в единице объема за единицу времени (1 секунда) (1 см3) и обозначается d3. Может характеризовать кристаллизацию. I, стр. Вт. Рисунок 2.5.

Температурная зависимость скорости зарождения центра кристаллизации и роста кристаллов Скорость роста кристалла определяется линейным увеличением плоскости роста полученного кристалла(1 мм / С) и выражается в dp. Г. Тамман установил связь между V3, vv и степенью переохлаждения D /(рисунок 2.5): когда D / увеличивается, v3 сначала

И Dp увеличивается до максимального значения, а затем уменьшается до zero. In в этом случае кристаллизация происходит только после охлаждения жидкого вещества при температуре ниже теоретической температуры плавления-кристаллизация/п. К, и / п. твердое плавление при температурах выше к.

При температуре, равной / P1K, прямого плавления и кристаллизации не происходит. Если жидкое вещество очень быстро охлаждается до температуры tt, эта температура будет фактической температурой кристаллизации. Количественно DG — / P. K—(D / = 0 при / p. значение k = * 1) — D /постоянно увеличивается с уменьшением температуры. Гранулярность Д3.

Это связано с тем, что он увеличивается с увеличением Dp и уменьшается с увеличением v3. Если д /мал (линия/), ДП является относительно большой, и U3 является относительно небольшим, Д3 будет большой (большой кристалл). Если D / 2 большой (строка//), то dp немного превышает u3, а d3 немного уменьшается (средний Кристалл).Значительные значения D / 3 v2 выходит за пределы vpt, и a значительно уменьшается(мелкое зерно).

Металлы, как и вещества, имеющие огромное количество атомов и молекул в непрерывном тепловом движении, представляют собой сложные физико-химические системы, энергетическое состояние которых оценивается величиной свободной энергии. F = U-TS、 Где U-сумма внутренней энергии системы. T-абсолютная температура. S-энтропия. Система в целом более стабильна, по крайней мере, F и наоборот.

Поэтому любая система стремится иметь минимальное состояние F. Естественно, с увеличением t значение F уменьшается. при изменении t свободная энергия F различается в твердом и жидком состояниях (рис.2.6). Рисунок 2.6.Температурная зависимость свободной энергии жидкого ФЛ и твердого ФА Рисунок 2 7.

Зависимость скорости диффузии биений, разности свободной энергии АФ и скорости кристаллизации укр от температуры Для температуры, соответствующей точке FL-Fa (то есть в этой точке свободная энергия жидкого состояния FL и твердого состояния Fa одинакова).

Если температура DGr повышается до значения только свободной энергии FLX Fai и твердое состояние оказывается более стабильным system. As результатом всасывания всей системы в Фмлн, в данном случае, является процесс кристаллизации proceeds. So, в точке d она равна 0, как указано, и существует равновесие объема жидкости и твердого тела, которое соответствует величине. рассмотрим характер изменения температуры в значениях vp и v3(рисунок 2.7).

По мере увеличения a /увеличивается и a / 7, а скорость кристаллизации телят= vp v3 (всегда увеличивается).Однако кристаллизация зависит от диффузионной подвижности атомов в жидком расплаве. Скорость диффузии уменьшается с увеличением а/.в связи с этим необходимо значительно уменьшить икры.

Если a / мало, то r значительно увеличивается, и увеличение AL является решающим для увеличения IR. Наоборот, если A / большой, то неважная скорость является основной, в результате чего она будет намного меньше rcr. Если a / велик, то скорость движения осадка будет очень мала, поэтому A F будет большим, но недостаточным для перехода из жидкого состояния в твердое.

Чернов установил, что процесс становится количественным, если известны 2 величины скорости зарождения и скорости роста кристаллов центра кристаллизации. Скорость зарождения центра кристаллизации определяется количеством кристаллов, которые возникают в единице объема за единицу времени (1 секунда) (1 см3) и обозначается d3.

Может характеризовать кристаллизацию. I, стр. Вт. Рисунок 2.5.Температурная зависимость скорости зарождения центра кристаллизации и роста кристаллов Скорость роста кристалла определяется линейным увеличением плоскости роста полученного кристалла(1 мм / С) и выражается в dp. Г. Тамман установил связь между V3, vv и степенью переохлаждения D /(рисунок 2.5): когда D / увеличивается, v3 сначала И Dp увеличивается до максимального значения, а затем уменьшается до zero.

In в этом случае кристаллизация происходит только после охлаждения жидкого вещества при температуре ниже теоретической температуры плавления-кристаллизация/п. К, и / п. твердое плавление при температурах выше к. При температуре, равной / P1K, прямого плавления и кристаллизации не происходит. Если жидкое вещество очень быстро охлаждается до температуры tt, эта температура будет фактической температурой кристаллизации.

Количественно DG — / P. K—(D / = 0 при / p. значение k = * 1) — D /постоянно увеличивается с уменьшением температуры. Гранулярность Д3.Это связано с тем, что он увеличивается с увеличением Dp и уменьшается с увеличением v3. Если д /мал (линия/), ДП является относительно большой, и U3 является относительно небольшим, Д3 будет большой (большой кристалл). Если D / 2 большой (строка//), то dp немного превышает u3, а d3 немного уменьшается (средний Кристалл).

Значительные значения D / 3 v2 выходит за пределы vpt, и a значительно уменьшается(мелкое зерно). Металлы, как и вещества, имеющие огромное количество атомов и молекул в непрерывном тепловом движении, представляют собой сложные физико-химические системы, энергетическое состояние которых оценивается величиной свободной энергии. F = U-TS、 Где U-сумма внутренней энергии системы.

T-абсолютная температура. S-энтропия. Система в целом более стабильна, по крайней мере, F и наоборот. Поэтому любая система стремится иметь минимальное состояние F. Естественно, с увеличением t значение F уменьшается. при изменении t свободная энергия F различается в твердом и жидком состояниях (рис.2.6). Рисунок 2.6.Температурная зависимость свободной энергии жидкого ФЛ и твердого ФА Рисунок 2 7.Зависимость скорости диффузии биений, разности свободной энергии АФ и скорости кристаллизации укр от температуры

Для температуры, соответствующей точке FL-Fa (то есть в этой точке свободная энергия жидкого состояния FL и твердого состояния Fa одинакова).Если температура DGr повышается до значения только свободной энергии FLX Fai и твердое состояние оказывается более стабильным system. As результатом всасывания всей системы в Фмлн, в данном случае, является процесс кристаллизации proceeds.

So, в точке d она равна 0, как указано, и существует равновесие объема жидкости и твердого тела, которое соответствует величине. рассмотрим характер изменения температуры в значениях vp и v3(рисунок 2.7). По мере увеличения a /увеличивается и a / 7, а скорость кристаллизации телят= vp v3 (всегда увеличивается).Однако кристаллизация зависит от диффузионной подвижности атомов в жидком расплаве.

Скорость диффузии уменьшается с увеличением а/.в связи с этим необходимо значительно уменьшить икры. Если a / мало, то r значительно увеличивается, и увеличение AL является решающим для увеличения IR. Наоборот, если A / большой, то неважная скорость является основной, в результате чего она будет намного меньше rcr.

Если a / велик, то скорость движения осадка будет очень мала, поэтому A F будет большим, но недостаточным для перехода из жидкого состояния в твердое.

Смотрите также:

Предмет материаловедение

Влияние примесей и несовершенств строения на кристаллизацию. Модифицирование	Строение и свойства реальных кристаллов
Строение слитков и отливок	Плавления и кипения металлов