И кристаллизацию металлов и сплавов

Металл при данной температуре имеет определенное, энергетически наиболее устойчивое состояние (строение) с минимумом свободной энергии F (рис. 10).

С изменением Т изменяются условия взаимодействия атомов в кристаллической решетке и свободная энергия F.

Рис. 10. Зависимость свободной энергии твердого (1) и жидкого (2) металлов от Т

С увеличением Т возрастает вероятность отрыва атомов от узлов и разрушения кристаллической решётки на отдельные блоки. Температура, при которой одновременно существует кристаллическое вещество и его расплав, называется теоретической температурой кристаллизацииТпл.

Чтобы достигнуть полного жидкого состояния необходим перегрев (Т_п). Чем больше Т_п и чем больше Т, тем меньше по размеру атомные группировки и меньше их устойчивость. Чем больше этих центров, тем более мелкозернистым окажется металл при затвердевании, то есть условия плавления оказывают влияние на последующую кристаллизацию и свойства металла.

Кристаллизация – процесс образования кристаллов в металле при его затвердевании – происходит лишь при Т < Т_пл, т. е. при переохлаждении DТ_к.

Температура, при которой практически начинается процесс кристаллизации, называется фактической температурой кристаллизации Т_фк.

Степенью переохлаждения называют DT = Т_пл–Т_фк. Чем меньше DТ_к, тем ближе к Т_пл протекает процесс и тем менее устойчивы образующиеся центры кристаллизации (ЦК). С увеличением Т_к создаются условия для образования большего числа ЦК.

Кристаллизация расплавленного металла состоит из двух элементарных одновременно протекающих процессов:

– образование зародышей (центров кристаллизации);

– рост кристаллитов из этих центров.

Основными элементами литого строения является дендрит и кристаллит. Дендрит – древовидные кристаллы со стволом и ветвями. Его рост зависит от активности теплоотвода и идет в направлении перпендикулярно плоскости теплоотвода.

При столкновении твердых поверхностей растущих осей разных порядков завершается постройка кристаллита. Потерявшие свою форму разориентированные дендриты и кристаллы называются кристаллитами.