- При каких температурных условиях кристаллизуются чистые металлы
- При каких температурных условиях кристаллизуются чистые металлы?
- Кристаллизация чистых металлов.
- КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
- ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
- ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
- Что такое рекристаллизация металлов: стадии, процесс, температура
- Описание процесса
- Стадии рекристаллизации
- Процесс пластической деформации (рекристаллизации) металла
- Структурные изменения металла при нагреве
- Описание первичной рекристаллизации
- Что представляет собой вторичная рекристаллизация
- Собирательная фаза
- Металлургические эффекты холодной обработки
- Результаты рекристаллизационного отжига
- Характеристики материала после обработки
- Другая причина перекристаллизации металла в материаловедении путем отжига
- Иллюстрация изменений на примере танталового сплава
- Плавление и кристаллизация металлов. Кристаллизация чистого металла. Условия образования мелкозернистой структуры
При каких температурных условиях кристаллизуются чистые металлы
Дорожные плиты – изделия, которые применяются при обустройстве дорог разного типа и назначения. Повышенные нагрузки они переносят хорошо. Покрытия аэродромов также.
Облицевать пол на кухне – задача всегда нелегкая. Ведь владельцу приходится в полной мере учитывать специфические особенности этой комнаты.
Отмостка необходима для отвода дождевой воды и паводка от фундамента сооружения. Она способна предупреждать промерзание и вспучивание почвы.
Основанная по полиэтилене пленка получила в наше время большое распространение. Из всех вариантов пластиков именно полиэтилен пользуется наибольшим спросом. Объясняется.
Кухня – помещение многофункциональное. Не только употребление пищи и готовка происходят там. Именно на кухне принимают гостей, праздную семейные торжества, устраивают.
Читать новости в печатном виде есть возможность далеко не у каждого.
Современные входные двери делают чаще всего из металла, поскольку это наиболее безопасный и практичный вариант материала изготовления. Для жителей городов такие двери.
Большую ценность представляет лом цветного металла. Переработке цветмет поддается легко, поэтому сбор его проводится активно. Однако от приема черных металлов сбор.
Источник
При каких температурных условиях кристаллизуются чистые металлы?
Кристаллизация чистых металлов.
При кристаллизации чистых металлов один из вариантов образования зоны термического переохлаждения связан с выделением Qк (рис. 1). После затвердевания некоторого объема металла выделившаяся Qк у ФК отводится как в твердую, так. и жидкую фазы. Последнее приводит к образованию пика на кривой действительной температуры (Тд) в районе ФК и появлению участка в жидкости с отрицательным градиентом температуры. В результате процесс кристаллизации останавливается, при этом возможно частичное оплавление уже закристаллизовавшейся твердой фазы. По мере отвода теплоты от удаляющегося сварочного источника температуры жидкой фазы на некотором расстоянии от ФК становится ниже Тпл, т. е. образуется
Рис. 1. Кристаллизация чистых металлов в условиях термического переохлаждения:
а — окончание кристаллизации слоя; б — остановка процесса кристаллизации; в — кристаллизация нового слоя; Тпл и Тд — температуры плавления н действительная; Qк — теплота кристаллизации; хт — зона термического переохлаждения
зона термического переохлаждения (хт). После того как Тд на ФК станет равной или несколько ниже Тпл происходит быстрый рост твердой фазы на расстоянии хт. В дальнейшем также идет прерывистый рост твердой фазы с той же периодичностью. Величина хт зависит от Qк, градиента Тд, условий отвода теплоты от ФК и других факторов. По мере увеличения хт возможны плоский, ячеистый или дендритный типы первичной кристаллизации. На поверхности ФК всегда имеются микровыступы, обусловленные выходом под углом к его поверхности кристаллических плоскостей, обладающих тенденцией к преимущественному росту. При малом хт в период роста очередного слоя ФК остается «квазиплоским». При относительно большом хт происходит потеря устойчивости плоского ФК и кристаллизация идет путем развития и роста выступов. При развитии осей первого порядка, перпендикулярных к ФК, кристаллиты получают ячеистую микроструктуру, а при развитии также боковых осей второго порядка — дендритную. При плоском типе кристаллизации кристаллиты представляют собой монокристаллические образования, разграниченные друг от друга большеугловыми границами. При ячеистом типе кристаллизации кристаллиты представляют собой совокупность ячеек с гладкими сторонами, а при дендритном — совокупность древовидных участков, разграниченных малоугловыми границами (рис. 2). В чистых металлах первичная микроструктура (иногда называемая «субструктура») кристаллитов металлографически выявляется очень трудно. Ее можно фиксировать по рельефу на чистых поверхностях швов или на шлифах по различному селективному отражению элементов первичной микроструктуры. Наличие даже незначительного количества примесей, которые скапливаются на границах, существенно повышают степень выявляемости микроструктуры.
Рис. 2. Кристаллизация сплавов в условиях концентрационного переохлаждения:
Тлм — температура ликвидуса, Gж — градиенты прн различном распределении действительных температур; Со — исходная концентрация примеси в сплаве; Cж — распределение прнмесн в жидкой фазе у фронта кристаллизации (ФК); хк1, xк2 и хк3 — зоны концентрационного переохлаждения, соответствующие ячеистому, ячеистодендритному н дендритному типу кристаллизации
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
Различают первичную и вторичную кристаллизацию. Первичной кристаллизацией называется переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры. Вторичной кристаллизацией называется образование новых кристаллов в твердом кристаллическом теле.
Самопроизвольное зарождение кристаллов называют гомогенной кристаллизацией. Зарождение кристаллов за счет роста на уже существующих центрах кристаллизации — гетерогенная кристаллизация.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Агрегатное состояние любого вещества зависит от двух внешних параметров: температуры и давления. В материаловедении колебаниями давления в несколько атмосфер пренебрегают и рассматривают влияние на состояние металла температуры.
Рассмотри основные термины, используемые в материаловедении.
Система — совокупность веществ (химические элементы, независимые химические соединения), между которыми или частями которых обеспечена возможность обмена энергией и протекания процессов диффузии.
Компоненты системы — вещества, образующие систему (если под системой понимать сплав, то компоненты — элементы, входящие в сплав).
Фаза — однородная часть системы (сплава), имеющая одинаковый химический состав, одно и то же кристаллическое строение и отделенная от других частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяется скачкообразно.
Число степеней свободы (вариантность) системы — число внешних и внутренних факторов (температура, давление и концентрация), которое можно изменять без изменения числа фаз в системе.
Если число степеней свободы равно нулю (нонвариантная система), то, очевидно, нельзя изменять внешние (температура и давление) и внутренние (концентрация) факторы без того, чтобы это не вызвало изменения числа фаз.
Если число степеней свободы равно единице (моновариантная система), то возможно изменение в некоторых пределах одного из перечисленных факторов, и это не вызовет изменения числа фаз в системе.
Математическое выражение, связывающее между собой количество фаз, компонентов, внешних факторов (температура и давление) и число степеней свободы, называется правилом фаз Гиббса и записывается в виде:
где С — число степеней свободы; К — количество компонентов; Ф — количество фаз; 2 — число внешних факторов.
В металловедении внешний фактор один (учитывается изменение только температуры), правило фаз Гиббса имеет вид:
В металловедении рассматриваются два фазовых перехода — кристаллизация твердой фазы из жидкой и перекристаллизация в твердом состоянии.
Кристаллизация — переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры.
Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией (энергией Гиббса, или термодинамическим потенциалом).
С термодинамической точки зрения возникновение и развитие любого процесса связано с изменением термодинамического потенциала G:
где Е — полная энергия системы; Т — абсолютная температура; S — энтропия; Р — давление; dV — изменение объема.
Если превращение происходит с небольшим изменением объема, что характерно для металлов, то выражение (2.3) целесообразно записывать в упрощенном виде:
где F — свободная энергия.
Свободная энергия F убывает в самопроизвольно протекающих процессах на величину AF, которая соответствует максимальной работе процесса за вычетом работы против внешнего давления. По существу AF выражает работоспособность системы, поэтому знак AF определяет только возможность (-) или невозможность (+) превращения системы, а по величине AFнельзя судить о скорости или о механизме превращения.
Для решения практических задач материаловедения необходимо рассчитать значение AFреализуемого превращения:
где АЕ — изменение внутренней энергии системы (энтальпии); AS — изменение энтропии системы при превращении; Т — абсолютная температура.
Энтальпия — внутренняя энергия системы. Изменение энтальпии (А?) — изменение внутренней энергии системы, зависящее от изменения энергии всех видов движения частиц, составляющих систему, энергии упругих искажений кристаллической решетки.
В общем случае АЕ характеризует изменение энергии системы при превращении (тепловой эффект превращения).
Так как AF характеризует работоспособность системы, то (2.5) показывает, что не вся энергия системы может быть превращена в работу; часть ее, равная TAS, не используется. Эта связанная энергия пропорциональна изменению энтропии AS и абсолютной температуре.
ПЛАВЛЕНИЕ И КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
Плавление и кристаллизации вещества являются фазовым переходом первого рода и для чистых веществ плавление характеризуется определенной температурой, являющейся константой данного вещества.
Все металлы находятся в твердом состоянии до определенной температуры. Это значит, что до определенной температуры металл сохраняет свою кристаллическую структуру (решетку), в которой атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, совершают колебательные движения с определенной амплитудой и частотой порядка 10 13 периодов в секунду. При нагреве амплитуда перемещения атомов в узлах кристаллических решеток увеличивается и, наконец, достигает такого значения, при котором силы взаимодействия между атомами не обеспечивают их взаимного положения в решетке, и она разрушается. Этот момент и называют плавлением, и вещество переходит в жидкое состояние.
Переход металла из жидкого или парообразного состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом кристаллическом теле называется вторичной кристаллизацией. Кристаллы могут как самопроизвольно зарождаться — гомогенная кристаллизация, так и расти на уже существующих центрах кристаллизации — гетерогенная кристаллизация.
Плавление — процесс, обратный кристаллизации, — протекает при температуре выше равновесной температуры Тп, т.е. при перегреве. Разность реальной температуры кристаллизации и температуры плавления называется температурным гистерезисом. Термические кривые, характеризующие процесс кристаллизации чистых металлов при охлаждении с разной скоростью , показаны на рисунке
Рисунок 1 – Кривые охлаждения металла
при кристаллизации (1
Процесс роста кристалла заключается в присоединении к его зародышу все новых атомов металла из жидкой фазы. Момент равновесной температуры кристаллизации (Гп), когда равновероятно существование металла как в жидком, так и в твердом состояниях, т.е. число зародышей и скорость их роста равны нулю, и кристаллизация не происходит.
Полиморфные превращения. Данные превращения имеют место при вторичной кристаллизации, когда новые кристаллы образуются из твердой фазы. Полиморфизм — способность твердого металла при разных температурах или давлениях иметь две или несколько кристаллических структур, которые называются аллотропическими формами или модификациями. Низкотемпературную модификацию обычно обозначают буквой а, а высокотемпературные — соответственно буквами р у и т.д.
| | следующая лекция ==> | |
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ | | | ПРОЦЕСС КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СПЛАВОВ |
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Что такое рекристаллизация металлов: стадии, процесс, температура
Твердое состояние любых веществ бывает аморфным или кристаллическим. Классическим примером отсутствия решетки является стекло. В быту, знакомая всем снежинка, есть результат упорядоченного объединения молекул воды посредством снижения внутренней энергии. Похожие события происходят и в металлических конструкциях. Наиболее наглядная картина видна на цинковом покрытии и месте слома свинцовой болванки. Интересным и важным для машиностроения являются изучение течений формирования внутренних характеристик у сплавов железа. Получение монокристалла (материала, имеющего упорядоченное строение на больших линейных размерах) это сложная технологическая задача, выполнение которой возможно только в строго определенных условиях. В обычной жизни мы имеем дело с хаотичными структурами, содержащими сформированные зерна того или иного размера. Это впрямую влияет на физические характеристики изделий. Металловедение – большой раздел неорганической химии, и только в начале прошлого столетия к изучению стали подходить с научной точки зрения. До этого вся область находилась в зоне прикладного искусства и качество, например, клинка зависело только от опыта и чутья мастера. Давайте вместе разбираться, что такое рекристаллизация металлов, как протекает действие и для чего это необходимо.
Описание процесса
По сути все делается для того, чтобы снять внутреннее напряжение между элементами и увеличить плотность за счет создания правильной геометрии сопряжений.
Железный материал в производстве часто обрабатывается холодным способом. Таким методом изготавливаются прокатные листы и разного вида проволоки. Однако на определенном этапе прочность изделий уменьшается, так как накапливаются смещения и в точках касания связи значительно ослабевают.
Далее необходимо использование рекристаллизационного отжига, чтобы привести металл в первичное состояние и при применении определенной температуры (для каждого сплава она своя) добиться изменений (снижения текучести и прочности на растяжение и повышение пластичности). Манипуляция приводит к образованию новых зерен в кристаллической решетке, которые при продолжительном отжиге с повышением t термообработки, некоторые вновь возникшие, начинают расти за счет соседних кристаллитов. Размер их зависит от продолжительности и термического режима операции, то есть чем дольше времени затрачивается. Для железных сплавов нагрев выбирается из расчета 40 процентов от температуры плавления. В этом состоянии атомы приобретают ту степень подвижности и такое значение собственной энергии, что появляется возможность переместиться и занять наиболее выгодное положение в районе локации.
Кроме того, необходимо знать, что процесс начала действия напрямую связан с величиной термической обработки через коэффициент, который имеет разный параметр для разнообразных сплавов:
материал с добавлением небольшого объема примесей обладает 0,4;
высокочастотная сталь – 0,1-0,2;
твердосплавный раствор – от 0,5 до 0,8.
Информацию точных значений можно найти в технической литературе по металловедению.
Поговорим о скорости протекания процедуры. От этого параметра зависит конечный результат преобразований. Так как операция не быстрая, то возможна остановка путем охлаждения. При этом получаются размеры ячеек нужных параметров.
Важным моментом на производстве считается регулирование скоростного режима, при котором возможен этап сбора зерен по заданным размерам и формой с их определенной ориентацией. Для достижения необходимого результата часто применяются различные добавки (сера, марганец и другие вещества). Использование катализаторов позволяет получить материал с необходимыми механическими и физическими свойствами.
Стадии рекристаллизации
В металлургии используются три фазы данного метода:
Первичная обработка способствует образованию новых неискаженных зерен и формированию областей, которые будут освобождены от дислокаций или более совершенных, чем окружающая матрица (зародыши растут благодаря ее искажениям). Восстановление структуры и качеств недеформированного сырья происходит наиболее радикально.
Собирательная стадия отличается ростом кристаллитов благодаря течениям, протекающим внутри самих зерен. За счет уменьшения их протяженности наблюдается снижение уровня энергии границ элементов.
Вторичная характеризуется созданием разнозернистой структуры с применением различных химических соединений, как пример, сульфида марганца.
Процесс пластической деформации (рекристаллизации) металла
Данным методом добиваются изменение первоначальной геометрической формы и размеров после снятия на тело механической нагрузки, и сопровождается переменой расстояния между атомами в кристаллической решетке в пределах ее параметра. Одновременно с этой операцией происходит внутреннее напряжение материала, что и приводит в конечном итоге к трансформации физических и химических свойств. Степень деформации зависит от пластичности сплава, которая оценивается во время производства относительным расширением или сужением при испытании образцов на растяжение. К характеристикам также относят ударную вязкость, которая показывает работу разрушения при изгибе модели.
Дополнительная информация! Пластичность зависит от разницы пределов прочности и текучести. Практически одинаковые значения (при нагреве до высоких температур) способствуют разрушению хрупких материалов фактически без пластической деформации. К ним относятся чугун, стекло, керамика, фарфор, некоторые виды пластмассы, горные породы и прочие.
Структурные изменения металла при нагреве
Деформированный образец находится в неравновесном состоянии, поэтому необходима дальнейшая обработка при использовании повышенных температур. Данный метод позволяет перейти к равновесию за счет уменьшения искажений в решетке, а именно снятие напряжений для свободного перемещения атомов. В итоге при нагреве зарождаются и растут новые неискревленные кристаллиты исходной фазы. А это, в свою очередь, приводит к трансформации не только микроструктуры, но их свойств. После данных манипуляций происходит:
Резкое снижение прочности при одновременном увеличении пластичности.
Уменьшение сопротивления к электропроводности.
Данные параметры характерны для железа, в которых образовались маленького размера зерна. Для крупнозернистых материалов присущи высокие магнитные характеристики и физические качества начинают напоминать чугун.
Описание первичной рекристаллизации
Деформированный металл или свежий прокат переживает естественный процесс формирования ячеек с наиболее энергетически выгодными формами. Физическое воздействие смещает слои, при этом структура подвержена растяжению и, наоборот, сжатию в других точках. Этот дисбаланс склонен к возврату в естественное нормальное состояние. При комнатных температурах и минимальном нагреве эти события происходят с очень низкой скоростью, так как колебательных движений атомов недостаточно. Резкое ускорение возникает при увеличении внутренней энергии. Оптимальный показатель зависит от веса первичного элемента и степени связи с соседями, то есть от химического состава.
Что представляет собой вторичная рекристаллизация
Надо понимать, что перемещение атомов – хаотичное действие, при котором общее напряжение между фрагментами стремится к минимуму. Поэтому после «выработки» бесхозных частиц начинается рост зерен только в зонах, где это возможно. При этом наблюдается укрупнение одних и стабилизация других. В результате мы видим материю с разноразмерными ячейками. Как и в первом пункте наблюдается упорядочение пространства с уменьшением площади поверхности кристаллов. Это также приводит к изменению физических свойств, хотя и менее выраженных, чем в предыдущем случае.
Собирательная фаза
При создании соответствующих условий (длительный нагрев) начинается процесс, когда совершенные зерна подтягивают в свою решетку материал из более слабых соседей и в конечном итоге поглощают их. При этом уменьшается число, и увеличиваются объемы. События происходят до определенного критического уровня, когда средний размер доходит до оптимального значения и после этого видимых перемен не наблюдается.
Металлургические эффекты холодной обработки
Изменение свойств при физическом воздействии при температурах ниже определенного значения использовалось во все времена для получения требуемых параметров изделия. За счет деформации возрастает внутреннее напряжение, что влечет за собой повышение прочности и гибкости. Кроме того, снижается вязкость. Чрезмерное влияние приводит к появлению трещин и отслоений. Наибольший эффект наблюдается в верхнем слое больших заготовок.
Результаты рекристаллизационного отжига
При проковке в металле частично разрушаются структуры, появляются зоны с аморфным состоянием. Как и описывалось ранее длительное температурное воздействие позволяет благодаря получению некоторой степени свободы запустить процесс упорядочения пространственного положения отдельных элементов. Области, получившие смещение, заполняются новообразовавшимися зернами. При этом происходит постепенное восстановление свойств сырья до ковки. Дальнейшее повышение нагрева приводит к укрупнению образований.
Характеристики материала после обработки
Основным эффектом является увеличение пластичности за счет того, что атомы уже нашли наиболее оптимальное положение и при деформациях будут смещаться без нарушения целостности. Это очень важно в случаях, когда деталь подвержена многократным нагрузкам. Вязкость позволяет длительное время сопротивляться воздействию без разрушения.
Другая причина перекристаллизации металла в материаловедении путем отжига
Этот прием широко используется еще и потому, что, подбирая время и температуру, можно плавно менять параметры исходного сырья. При этом трансформация происходит достаточно плавно, а значит, получение заданных свойств возможно прогнозировать. Самым простым примером может стать отжиг сталистой проволоки до состояния «вязальной» простым кратковременным нагревом до бордового цвета.
Иллюстрация изменений на примере танталового сплава
Этот материал имеет очень характерные преображения при подобного рода манипуляциях, так как он достаточно широко востребован в протезировании, защите особо важных узлов конструкций от коррозии и влияния агрессивных сред. Мы выбрали его для визуализации типичных процессов.
Механическое воздействие формирует явно заметные зоны с нарушенной структурой. Эти участки из-за отсутствия устойчивых кристаллических связей активно вступают в химические реакции с большим спектром реагентов. Само изделие приобретает повышенную хрупкость и неоднородное внутреннее строение с четко определенными областями сдвига. При температурной обработке хаотичные области наполняются вновь инициированными образованиями до полного заполнения повреждений. Что и называется текстурной рекристаллизацией. При этом сплав проходит очень медленный путь до прежнего состояния. Остановка действия в определенный момент времени позволяет зафиксировать свойства. Обычно проводится до достижения наименьшей площади касания зерен. Такое положение характеризуется очень низкой склонностью к окислению, так как межатомные связи, существующие в упорядоченной структуре кристаллов, не позволяют взаимодействовать даже с очень сильными окислителями.
Плавление и кристаллизация металлов. Кристаллизация чистого металла. Условия образования мелкозернистой структуры
Плавление – это физический процесс перехода металла из твердого состояния в жидкое расплавленное. Плавление – процесс, обратный кристаллизации, происходит при температуре выше равновесной, т. е. при перегреве. Поскольку жидкий металл обладает большей внутренней энергией, чем твердый, при кристаллизации выделяется теплота. Между теплотой Q и температурой кристаллизации Тк существует определенная связь. Степень перегрева при плавлении металлов не превышает нескольких градусов. Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Причиной кристаллизации является стремление системы перейти в термодинамически более устойчивое состояние с меньшей свободной энергией, т. е. когда свободная энергия кристалла меньше, свободной энергии жидкой фазы. Переход металла из одного состояния в другое происходит при определенной температуре и сопровождается резким изменением его свойств.Кристаллизация металлов, как впервые установил Д. К. Чернов в 1878 г., состоит из двух одновременно проходящих процессов: зарождения в жидком металле центров кристаллизации (ч.ц.) и роста кристаллов из этих центров (с.к.).Предположим, что на площади за секунду возникает пять зародышей будущих кристаллов, которые растут с определенной скоростью. К концу первой секунды образовалось пять зародышей, к концу второй они выросли и одновременно с этим возникли еще пять новых зародышей. Так, путем возникновения зародышей и их роста идет процесс кристаллизации до тех пор, пока не исчерпается вся жидкая фаза металла, т. е. кристаллизация закончится на седьмой секунде. В процессе кристаллизации, пока кристаллы окружены жидкостью, они имеют геометрически правильную форму и отличаются друг от друга размерами и ориентировкой. При соприкосновении и срастании кристаллов их правильная форма нарушается и их называют кристаллитами или зернами. Ответственные детали грузоподъёмных машин необходимо изготавливать из металлов с правильной кристаллизацией. Если вы решили приобрести лебедку скреперную, то лебедка 17лс от «Технологии подъёма» будет хорошим решением.Размер образовавшихся кристаллитов определяется соотношением скорости кристаллизации и числа центров. При большом значении с.к. и малом значении ч.ц., например образуется крупнокристаллическая структура. При малом значении с.к. и большом значении ч.ц. образуется мелкокристаллическая структура. Величина зерна зависит от температуры нагрева и разливки жидкого металла, его химического состава, наличия в нем посторонних примесей. Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно.Использование специально вводимых в жидкий металл примесей для получения мелкого зерна получило название модифицирования. В качестве модификаторов алюминиевых сплавов применяют ванадий, натрий, калий, титан; в качестве модификаторов сталей — алюминий, ванадий, титан; в качестве модификаторов чугуна — магний и церий. Уменьшение величины зерен при кристаллизации сопровождается значительным повышением механических свойств металла (предела прочности, твердости и др.).
Процесс кристаллизации чистого металла. До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии.
Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость роста их, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшего из одного зародыша, и, следовательно, более мелкозернистой будет структура металла. Стремятся к получению мелкозернистой структуры. Оптимальными условиями для этого являются: максимальное число центров кристаллизации и малая скорость роста кристаллов. Размер зерен при кристаллизации зависит и от числа частичек нерастворимых примесей, которые играют роль готовых центров кристаллизации – оксиды, нитриды, сульфиды. Чем больше частичек, тем мельче зерна закристаллизовавшегося металла. Стенки изложниц имеют неровности, шероховатости, которые увеличивают скорость кристаллизации. Мелкозернистую структуру можно получить в результате модифицирования, когда в жидкие металлы добавляются посторонние вещества – модификаторы.
Источник