Хомогенна зародиши - всичко за металургията
За да се обясни образуването на трансформации на кристална фаза по време на втвърдяване на стопилката трябва да се разглежда като чисто вещество. Както се вижда от фиг. 9.1.2 свободен енталпия Gf твърда фаза под температурата на равновесие TG на топене по-малко GS свободен енталпия на течната фаза (стопилка). Тази разлика е свободни енталпии причина долу TG твърда фаза е термодинамично стабилна фаза и следователно мярка за аспирация вещество при температура под температурата на топене на преход от течност към твърдо състояние. следователно
nazyvaetsya_dvizhuschey сила на фазовата трансформация. Gs стойностите и GF са свободни енталпии моларен стопилка или в твърда фаза. още # 916; G, колкото по поместени свободно енталпия на твърдата фаза при енталпията на стапяне, т.е. по-голяма е тенденцията на преход към твърдо състояние. Поради уравнението G = Н-TS е зададен като G = Н-TS и от уравнение (10.1.1) следва
където # 916; H = Hs-Hf, # 916; S = SS-Sf - съответно моларното енталпия разликата и ентропии.
Трябва да се отбележи, че # 916 Н и # 916; S обикновено зависи от температурата. При температура на топене равновесие енталпия на наличието на стопилка и твърда фаза, равна на една от друга, така че Gs = Gf и # 916; G = 0. Така, от формула (10.1.2)
равенство # 916; HG = # 916 Н (TG) е моларното топлина на топене, т.е. количество топлина необходимо да се стопи 1 мол (или едно грам-атом) на веществото.
От уравнение (10.1.3) може да бъде написана на температура, близка до температурата на топене на Tc при равновесие, т.е. за T
TG, LG движеща сила втвърдяване приблизително като
От гледна точка на втвърдяване атомистичен инсулт характеризиращ се с това, че стопилката от време на време поради флуктуация, т.е. поради нарушено движение топлина, някои няколко атоми или молекули чисто произволно разположени така, че да формират малък кристал - т.нар ембрион. Така получените ембрионите се наричат хомогенни ядра, тъй като те се състоят единствено атоми или молекули на втвърдител. Ако това се дължи на спад в свободен енталпия, тези кристали ядра могат да растат през атоми капацитет от стопилката и започва втвърдяване. В противен случай на случаен принцип, образувани кристали ядра се разтвори отново и стопилката остава в течно състояние.
Последици от това за втвърдяването да проучи примера на VR на звука ембрион. Такава плода има тегло мК = pfVk и PF е плътността на чисти вещества под внимание в твърдо състояние. Броят на моловете или G-атома NK, която съдържа зародиша, изчислен от тази формула
където М - атомно или молекулно тегло на възстановяващия материал.
В основата на следните термодинамични изчисления положи заключена (затворен) система определя, както следва. С въображаеми граници отделени от зоната на система на стопилката, съдържащ ембриона. Тази система може да се прилага при условие, че при постоянно налягане и постоянна температура от свободната енталпия на затворена система винаги има тенденция до минимум.
Тъй като е затворена система, на брой п от мола в системата, т.е. в рамките на въображаеми границите на системата остава постоянна. Преди зародишеобразуването система съдържа н мола течност и затова има свободна енталпия
След образуване на системата за ядро съдържа NK молове ембрионални кристалити и п-NK мола стопилка. Свободното енталпията на системата след образуване на ядрото
където # 916; G - безплатно entalgii промяна се дължи на образуване на ядрото (виж по-долу изчисления.).
Ако стопилката съдържа няколко ядра, че около всеки един от тези ембриони могат да се изработи система от този вид, следните термодинамични съображения важат и за всяка една от тези системи и следователно дават вярна описание на процесите по време на втвърдяването, свързани с формирането на ембриона.
Сега трябва да се изчисли промяната в свободна енталпия на нашата система # 916; G, причинени от образуването на ембриона.
Преди образуването на молец ембриона NK-формиращи зародиш imeyutsya_v течно състояние и следователно са свободни енталпия nKGs. След образуването на ембриони NK-молец ембрион са твърди и имат свободен енталпия nKGf. Съотношение на промяна в свободната енталпия на втвърдяване на получената съотношението NK към обем на моловете на следователно ембриона е
Когато се използва (10.1.1) се получава
Заместване на NK (10.1.5) дава
е промяната в свободна енталпия на единица обем на втвърдената твърдото тяло, т.е. свободен промяна енталпия когато 1 cm3 топят твърдо вещество (J / cm 3).
В образуването на повърхността на границата между ембриона също трябва да бъде създадена ядро кристалита и заобикалящата стопилката. Това обяснява увеличението # 916, Г # 947; безплатно енталпия на нашата система, която зависи от напрежението на интерфейса # 947; FS между твърдо вещество (кристал) и стопилката на чисти вещества, както и големината на повърхността на кристалита съгласно ембриони Fk
Всички промени # 916; G ни свободен енталпия на системата по време на образуването на ембриона да VR обем и повърхността Fk се получава като сумата от частите (01/10/11) и (10.1.12) като
За определение (01/10/13) за по-голяма простота се приема, че зародишният кристал има сферична форма с радиус R. Такава плода има обем
и Fk = 4pr2 повърхност.
Тогава от (10.01.13) е ясно, че
Това съотношение за T≤TG графично изобразени на фиг. 10.1.1. за T≥TG # 916; GV е отрицателен или нула, а # 916; G (R) - връща монотонно функция на R. След образуването на зародиш безплатно енталпия на нашата система в съответствие с (10.1.7) е
При промяна на радиуса г от промените в ембрион в д-р да G
От G0 - безплатно енталпията на системата преди формирането на ембриона - не зависи от радиуса на ядрото р, д-р.
Тъй като при постоянно налягане и постоянна температура от свободната енталпия на затворена система винаги има тенденция до минимум, за всички процеси, които се провеждат в нашата система на изотермична и изобарен трябва да бъде условие dG≤0. Особено за процеси, които водят до промяна в радиус R на ембриона трябва да отговарят на условието
За ембриони чрез освобождаване атоми от стопилката може да нарасне, радиусът R трябва да се увеличи (р положителен) и следователно въз основа на (10/01/16) трябва да бъде изпълнено състояние растеж г # 916; G / р * р ≤ 0.
След диференциране получи
От това следва,
Тя се нарича радиус на критичната ядро.
По този начин, ако радиуса г формира случайно ембриона ядро по-голяма от критичната радиус RK, а след това ембрион расте още повече и намалява безплатно енталпия на нашата система. Ембрионите с радиус RK-дълго в състояние на растеж и призова термодинамично стабилни ембриони. Обратно, ако радиусът на ембриона произволно оформен по-малка от критичната радиус RK на (10/01/18), тогава г (# 916; G) / dr≥0 и следователно dG≤0 за dr≤0. Тези ембриони с намаляване на радиуса собствената им се разтвори отново като свободен енталпия на нашата система като по този начин намалява. Затова Ембрионите с радиус по-малък от RK наричани термодинамично нестабилни.
След втвърдяване на стопилката се дължи на растежа на ембриони термодинамично стабилни, препоръчително е да се разбере образуването на термодинамично стабилни ядра ембриони наличие.
Особено за T≥TG, т.е. над температурата на топене на равновесие, # 916; G (с) е монотонно нарастваща функция на R и следователно винаги г # 916; G / dr≥0, т.е. над температурата на топене да се разтворят всички произволно нововъзникващите пъпки.
В критична радиуса на ядро RK г # 916; G / р = 0; Когато R = Rk има максимална # 916; G (R) графика (виж фигура 10.1.1 ..).
Използването на определението # 916; GV (01/10/11) и заместване на (10.1.4) трябва да бъде
В (10/01/19) # 916; T = TG-Т е свръхохлаждане (# 916; Т е положителен за T≤TG) при температура на стопилката и при равновесие
е топлината на стапяне на единица обем на твърдата фаза, т.е. количество топлина необходимо да се стопи 1 cm3 твърди.
C (1/10/19) се получава от (10/01/18)
За да може да се увеличи радиус R на ембриона трябва да бъде изпълнено r≥rK, т.е.
За да се увеличи способността на R Недогряване на водата в радиус ембрион # 916; T трябва да надвишава максималната стойност на която се изразява чрез дясната страна на (10.01.21). минималната хипотермия # 916; Том, необходими за растежа на хомогенна центрове с радиус R, е следното:
За да се определи # 916; Том уравнението (01/10/22) произхождат от факта, че хомогенна ембриони произтичащи поради флуктуация случайно съдържа няколко малки атоми, неговите размери са в обхвата на нанометра. Съответно следователно градация (1/10/22) се определя
Тъй като и топене топлина # 916; HG, и температура на топене при равновесие на Tg е по-голяма от силни атоми свързани една с друга в един чип, ясно е, че и двете стойности са приблизително пропорционални един към друг. За метали с ск структура и метали, които кристализират в най-плътната опаковка (FCC и g.p.u.) има стойност, която е в съответствие с градация
За метали PF / M е от порядъка на 0,1 мол / cm3. Тогава ние се
По същия начин, откриването на напрежението на граничната повърхност # 947; FS между твърда и се стопи за mehallov има емпирични отношение на Търнбул; тя изглежда като
където NL - брой Loschmidt (6.022 * 10v23 мол-1).
Въвеждането дава числовите стойности
С тези стойности (10/01/22) става ясно, че
Уравнение (01/10/23) показва, че стопилката на втвърдяване, трябва да се охлажда до около 25% под температурата на топене на равновесие (Келвин), за да стане хомогенна ембриони способни на растежа и втвърдяването започва. В желязо (TG около 1800 К), това означава, че в условията на хомогенна ядрено втвърдяването започва само при приблизително 450 К долу TG.
Тъй като по време на втвърдяване топлина на топене освобождава не твърде бързо охлаждане допълнително време температурата на втвърдяване нараства до TG, който след това притежава входящ топлинен баланс поради освободената топлина на стапяне и разсейване на топлината през стената на съда.