Кристалізація металів і сплавів
Процес кристалізації.
При переході металу з рідкого стану в тверде утворюються кристали. Такий процес називають кристалізацією.
Криві охоложденія металів і неметалів
Процес кристалізації металу можна розглядати по кривим охолодження, які зазвичай отримують дослідним шляхом. Наприклад, для чистого металу, що охолоджується дуже повільно, крива охолодження показує, що, якщо метал перебуває в рідкому стані, температура знижується майже рівномірно. Якщо метал охолодити до температури плавлення Тпл (точка а на кривій), то починається кристалізація і падіння температури припиняється, незважаючи на безперервну віддачу тепла навколишній атмосфері. Одержуваний горизонтальну ділянку на кривій охолодження показує, що в металі відбувається процес утворення кристалів з виділенням тепла, званий теплотою кристалізації. Кристалізація протікає від точки а до точки б, де вона закінчується і метал твердне. Подальше падіння температури на кривій вказує на охолодження затверділого злитка (рис. А).
У металевих сплавах крива охолодження має дещо інший вигляд. Охолодившись до температури плавлення Тпл, сплав ще деякий час залишається рідким. Кристалізація сплаву починається при температурі переохолодження Тп, що лежить нижче теоретичної температури плавлення. Різниця між теоретичною і фактичною температурами кристалізації називають ступенем переохолодження. Вона залежить від природи сплаву, його чистоти і швидкості охолодження. Чим більше швидкість охолодження сплаву, тим більше ступінь переохолодження. Петля на кривій охолодження показує, що кристалізація супроводжується виділенням тепла, яке підвищує температуру сплаву до температури плавлення, підтримуючи її до повного затвердіння металу. (Ріс. б)
Аморфні тіла тверднуть поступово. У цьому випадку крива охолодження буде плавною, без горизонтальних майданчиків. (Ріс. В)
Процес утворення кристалів складається з двох одночасно протікаючих стадій: появи зародків – стійких центрів кристалізації і зростання кристалів навколо цих центрів.
Спочатку кожен кристалик в рідини зростає вільно, зберігаючи правильну геометричну форму. Оскільки одночасно утворюється багато кристалічних центрів та зростання кристаликів йде в усіх напрямках, то суміжні кристали, збільшуючись, починають безпосередньо стикатися один з одним і правильна форма їх порушується. В результаті кристал набуває округленої форму, що нагадує зерно. Такі кристали прийнято називати кристаллитами, або зернами.
Залежно від умов затвердіння зерна можуть бути великими, добре помітними неозброєним оком, і дрібними, які можна розглянути тільки за допомогою металографічного мікроскопа.
Процес кристалізації може бути описаний кількісно, якщо відомі зародження центрів кристалізації і швидкість росту кристалів. Число центрів кристалізації і швидкість росту кристалів залежать від ступеня переохолодження металу. Зі збільшенням ступеня переохолодження ΔT число центрів і швидкість росту також зростають, досягаючи максимального значення. Однак характер зростання величин числа центрів і швидкості росту різний.
Якщо ступінь переохолодження невелика, то швидкість зростання переважає над числом центрів, в результаті чого утворюється грубозерниста структура. С збільшенням ступеня переохолодження швидкість росту не змінюється, число центрів продовжує зростати, що призводить до утворення дрібнозернистої структури.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)