Глава 3. Процесс кристаллизации расплава и его влияние на структуру и свойства Ме
§1. Общие представления о процессе кристаллизации
Атомы в кристаллах расположены регулярно на расстоянии периода решетки а.
Потенциальная энергия минимальна.
Процесс кристаллизации расплава ведет к снижению внутренней энергии расплава, это сопровождается выделением тепла.
Образование центров кристаллизации
Расплав:
(1) – распад из тепловых колебаний;
(2) – подрастает, становится центром кристаллизации – самопроизвольная кристаллизация.
Рост кристалла из сплава
1. Атом из расплава легче закрепляется на ступеньке, следовательно, кристалл растет, последнее заполнение атомов плоскостей.
2. С большей скоростью будут заполняться плотно упакованные плоскости, кристалл растет всегда в одну сторону и точно известно, в какую, – под прямым углом к наиболее плотной плоскости.
(1) – ось I порядка, (2) – ось II порядка, (3) – ось III порядка, (4) – зародыш.
Кристалл имеет дендритное строение (в виде дерева).
Недостаток – ликвация (первые и последние кристаллы всегда имеют разный химический состав). Процесс кристаллизации заканчивается возникновением поликристалла.
Форма зерен зависит от направления теплоотвода. Если тепло отводится в одну сторону, то зерно вытянутое, столбчатое, если в разные – зерно равноосное.
§2. Термодинамические условия начала процесса кристаллизации
G – запасенная внутренняя энергия (энергия Гиббса);
∆t – степень переохлаждения расплава
При температуре ts кристаллизация вещества не может начаться, т.к. это не создаст никакого выигрыша во внутренней энергии. Кристаллизация может начаться при ts’, когда процесс дает выигрыш в энергии GV.
Баланс энергии:
1) - выигрыш (V – объем зародыша);
2) - затрата (σ – удельная поверхностная энергия, S – площадь поверхности зародыша.
Если > - момент начала кристаллизации.
критический зародыш – произвольный кристалл
, чем больше ∆GV , чем больше ∆t, тем меньший зародыш устойчив и большее их количество будет образовываться.
С.О.Ц – скорость образования центров;
С.Р.Ц – скорость роста центров;
I - ∆t мало, значит, крупное зерно;
II - ∆t велико, значит, мелкое зерно.
§3. Возможность получения различных структур при кристаллическом расплаве
- Получение отливок с мелким зерном (ослабление ликвации устранение столбчатых кристаллов).
● некрупные отливки – ускорить охлаждение, перелить отливку в металлическую форму или в охлажденную жидкость;
● крупные отливки - модифицирование – в жидкий Ме добавляется мельчайшие частицы (карбиды, оксиды) в качестве искусственных зародышей – несамопроизвольная кристаллизация.
- Получение монокристалла. Применяют один зародыш (∆tmin) и отвод тепла в одну сторону, чтобы не было ветвления по дендриту. Один из способов получения монокристалла – метод Бриджмена.
- Получение аморфного Ме.
●∆tmax;
●Vохл ≥ 105 град/сек;
● химический состав: Ме(80%)Х(20%), где Х – амортизатор (Р, В);
● металлическое стекло – упругий материал, коррозионностойкий, высокие магнитные характеристики;
● крайне неравновесная система;
● микроны в сечении.
Литье – отличный метод получения детали, недостаток – деталь стынет с разной скоростью в зависимости от толщины.
Дата добавления: 2015-04-25; просмотров: 1000;