Первичная кристаллизация металлов

Первичная кристаллизация металлов

• Кристаллизация первичных металлов Переход металлов из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Кристаллизация происходит тогда, когда свободная энергия кристалла меньше, чем у жидкой фазы, то есть при условии, что система переходит в более стабильное термодинамически состояние с меньшей свободной энергией или термодинамическим потенциалом-F*.

Если преобразование происходит с небольшим изменением объема, то F = H-TS, где H-полная энергия системы. T-абсолютная температура. S-энтропия. * Свободная энергия (обрывки клевера) относится к компоненте полной энергии вещества, величина которой изменяется обратимо с температурой.- Величина свободной энергии уменьшается, потому что при повышении температуры энтропия всегда положительна, а при повышении

температуры она увеличивается; кривая F = J ’(T)всегда выпуклая сверху. Людмила Фирмаль

На рисунке показано изменение свободной энергии жидкого и твердого состояний в зависимости от температуры. 17.При превышении температуры t жидкий металл с небольшим количеством свободной энергии будет более стабильным, а твердый металл будет стабильным ниже этой температуры. в rn свободная энергия жидкого и твердого состояния равна. Температура rp соответствует равновесной температуре кристаллизации (или плавления) конкретного substance.

At при такой температуре обе фазы (жидкая и твердая) могут сосуществовать одновременно и даже могут быть бесконечно длинными. Процесс кристаллизации при такой температуре еще не начался. Процесс кристаллизации развивается при создании условий, когда свободная энергия A / D возникает из-за низкой свободной энергии твердых металлов по сравнению с жидкими металлами.

• Поэтому процесс кристаллизации происходит только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры tn. Температура, при которой может происходить процесс кристаллизации разница между tn и gk называется степенью supercooling. At= tn-tK-тепловая кривая, характеризующая кристаллизацию чистого металла при охлаждении с различными скоростями ©, показана на рисунке. 18.

Если охлаждение происходит очень медленно, то степень переохлаждения невелика, и процесс кристаллизации протекает при температурах, близких к равновесным(рис.18, кривая u). в тепловой кривой при температуре кристаллизации отмечается горизонтальная область(прекращение падения температуры), ее образование объясняется выделением скрытой теплоты кристаллизации, несмотря на отвод теплоты при охлаждении. П(кривые v2, v3) и процесс кристаллизации протекает при температуре 27.Рис.17.

о мере увеличения скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает Людмила Фирмаль

Изменение свободной энергии металлов в жидком (Fx), твердом (Gg) состоянии в зависимости от температуры、 Рис.18.Кривая охлаждения при кристаллизации металла СС значительно ниже равновесной температуры кристаллизации. Степень переохлаждения зависит от природы и чистоты металла. Чем чище жидкий металл, тем легче его переохлаждать. Во время затвердевания очень чистого металла степень переохлаждения может быть очень высокой. Однако во многих случаях степень переохлаждения не превышает 10-3 AIA. Процесс кристаллизации, который впервые установил Д. К. Чернов, начинается с образования кристаллического ядра (центра кристаллизации) и продолжается процессом увеличения его количества и размеров.

Когда сплав переохлаждается при температуре rn, во многих областях жидкого сплава, называемого критическим сплавом, образуется стабильное, растущее кристаллическое ядро, называемое критическим сплавом (рис.19). Образующиеся кристаллы растут свободно、 При 28 растущих кристаллах нарушается их правильная форма, так как в этих областях рост лица прекращается. Рост продолжается только в тех районах, где есть свободный доступ к»кормлению» liquid. As в результате рост кристаллов, которые изначально имели геометрически правильную форму, называют кристаллитом или кристаллическими зернами, поскольку после затвердевания они получают неправильную внешнюю форму.

Смотрите также:

Решения задач по материаловедению

Самопроизвольное образование зародышевых центров	Дефекты кристаллического строения металлов
Гетерогенное образование зародышей	Диффузия