Теоретично процеса кристализация основа метал

Процесът на образуване на кристали се нарича кристализация. Visual учебни метали кристализация включва технически трудности. Тъй законите на кристализация на солеви разтвори и подобни разтопени метали, изследването на процеса на кристализация може да се извърши на солеви разтвори.

Според законите на термодинамиката, стабилно състояние при определени външни условия е състояние, което има по-ниска безплатно енергийно ниво. Съгласно свободната енергия се отнася до част на вътрешната енергия, която може да се превърне в работа. Ако промените външните условия (като например понижаване на температурата) всяка система спонтанно има тенденция към държавата с най-ниско ниво на свободни енергия.

С промяната на температурата в свободната енергия на течни и твърди GZH GT в състояние да промени по различни закони (Фиг. 4.2.1). При високи температури, течно състояние има по-ниска свободна енергия, така че металът при тези температури е в течно състояние (област III, IV). При охлаждане температура метал достигне T0. в която свободната енергия на течно и твърдо състояние, са равни. Тази температура се нарича теоретичното (равновесие) температурата на кристализация при охлаждане и точката на топене по време на нагряването.

Фиг. 4.2.1. Промяната на свободна енергия на течни и твърди GZH GT състояние в зависимост функция на температурата: Тсг - действителната температура на кристализация, - теоретична
(Равновесие) и се стопи температура на кристализация, # 916; T - степента на преохлаждане,
Тт - действителната температура на топене, # 916; T "- степен на прегряване

Когато процес T0 кристализация не може да продължи. За развитието на процеса на кристализация е необходимо да се създадат условия, при които свободната енергия на твърдо състояние е по-малко от свободната енергия на течно състояние. Това е възможно само, когато се охлажда под Тсг. т. е. по-долу теоретично температурата на кристализация от определен размер # 916; T. В метал област II на охлаждане остава в течно състояние, тъй като разликата (GZH - GT) е малък и температурата да достигне критичната стойност Та, при която твърдо състояние има по-ниска свободна енергия. При достигане Тсг разлика (GZH - GT) се увеличава, така че да бъде допълнително течен метал не може и при тази температура на кристализация на метала спонтанно започва.

В района на I (фиг. 4.2.1) метал ще бъде в твърдо състояние. Тсг действителната температура се нарича температура на кристализация. и разликата между теоретичната и действителната температура се нарича степента на преохлаждане. Така, кристализация може да се осъществи само в теоретичен свръхохлаждане под температурата на кристализация.

За развитието на процеса на топене изисква някаква степен на прегряване. където Тт - действителната температура на топене.

D. К. Chernov през 1878 показва, че кристализацията се състои от две елементарни процеси (Фиг. 4.2.2). Първият метод е образуването на течен разтвор на малки кристални частици зародиши (центрове). Интензивността на този процес зависи от броя на ембрионите RW. произтичащи за единица обем (1 mm 3) за единица време (1 сек). Вторият процес се състои в растежа на кристали от ядрата. Интензивността на този процес се определя от скоростта на кристализация (SC) - линейното движение на кристалната повърхност (в милиметри) за единица време (1 сек).

Фиг. 4.2.2. Последователните етапи на процеса на кристализация

Растеж на кристалите е, че техните ембриони за привеждане всички нови течни метални атоми. Първи кристали растат свободно, поддържане на правилна геометрична форма, но това е само до момента на преодоляване на нарастващата кристали. В точката на контакт на кристалния растеж на някои от лицата си и спира да се развива, не всички, а само някои от лицата на кристалите. В резултат на това кристали не разполагат с правилна геометрична форма и се наричат ​​кристали или зърна.

Процесите на зародиши и кристалния растеж се появяват едновременно с техния интензитет зависи от степента на преохлаждане. В дадена степен на преохлаждане стойност FS и SK - постоянна през цялото време на процеса на кристализация.

Размерът на получените кристали зависи от съотношението на N и CR RW при дадена степен на преохлаждане и се изразява с формулата

където # 945; - коефициент на пропорционалност.

На по-ниска степен на преохлаждане # 916; Т1 (. Фиг 4.2.3) кристали след втвърдяване да бъдат големи, най-малко RW и СК е висока. С голяма степен на преохлаждане # 916; Т2 кристали ще бъдат малки, тъй като кристализация в този случай е почти същото IC. в първия случай, но с много по-голям RW.

По този начин, чрез вариране на степента на преохлаждане, е възможно да се получат кристали с различни размери.

Фиг. 4.2.3. Зависимост RW и степента на преохлаждане SC на метали кристализация

Степента на хипотермия зависи от скоростта на охлаждане. Колкото по-голяма скоростта на охлаждане, по-голяма е степента на преохлаждане и фини кристали. В реални условия на втвърдяване на голяма метална маса в процеса на кристализация, размера и формата на кристалите се влияе и от други фактори твърдите суспендирани огнеупорни частици на примеси, чужди тела, газообразни включения, на топлинния капацитет на метала, посоката на разсейване на топлината, конвекционни потоци в течния метал, температурата на лят метал и форма процесите пълнене, състоянието на повърхността на леярската форма (матрица), и др.

Форма отглеждане кристали се определя не само от гледна точка на тяхната сблъсъци с друг, но съставът на сплавта, наличието на примеси и условия на охлаждане. В повечето случаи, механизъм кристализация образуването на метал кристал е т.нар дендритни характер.

Дендритните кристализация се характеризира с това, че нарастването на зародиш настъпва при неравномерно скорост. След тяхното нуклеатор развитие е главно в тези области на решетка, които имат най-висока плътност опаковане на атомите (мин interatomic разстояние). В тези посоки се образуват дълги клонове бъдеще кристал - така наречения първи ред ос (I на фигура 4.2.4.).

По-нататък първия ред оси под прав ъгъл започне да расте нови оси, осите, които се наричат ​​втори ред (II), от осите на втория ред растат трикратно ос (III), и т. D.

Фиг. 4.2.4. Схема растеж дендритни кристал

Като кристализация ос, образувани по-висок порядък (четвърти, пети, шести и така нататък. D.), който постепенно се запълнят всички пространства преди заети от течния метал.

Ако не е достатъчно течен метал за да запълни празнините mezhosnyh, дървовидна структура на кристалите се поддържа. Такива дендрити могат да бъдат намерени в кухините на свиване и на свободната повърхност на блокове. Ако достатъчно разтопен метал да запълни mezhosnogo пространство, големи кристали, образувани и удължени в посоката на главния радиатор. Тези колонни кристали се наричат.

Когато униформа радиатор, както и голям брой ядра, кристали растат със същата скорост във всички посоки и да растат ravnoocnymi.

процес на кристализация убит стомана блок (фиг. 4.2.5a) започва в стените на леярската форма и последователно напредва до центъра на слитъка.

В стените на формата на зона 1 (Фиг. 4.2.5b) - зона на Полиедрични добре, произволно посока кристални. Малки кристали поради бързото охлаждане на повече студена стена съседни слоеве от стопена стомана.

Ето защо, кристализацията тук върви с голяма степен на преохлаждане, голям брой ембриони. Получените кристали Полиедрични, произволно насочена, тъй като първата ос на прегъване перпендикулярни нередности растат вътрешната повърхност на матрицата. Отглеждане кристали се сблъскват една с друга и образуват зона на малък дезориентирани кристал.

Следващата зона 2 - зона на колонни кристали - големи кристали, основната ос, която е перпендикулярна на стената на леярската форма. Кристалите, получени от голям, тъй като в тази зона скоростта на охлаждане е по-малко, отколкото в зона 1т. На топлина се отстранява не студена стена, и през зона 1 и има нагрява стената на леярската форма. Затова кристализация тук върви с по-малка степен на преохлаждане, с по-малко ембриони. Кристалите удължени основната ос, перпендикулярна на стената на леярската форма, тъй като в тази посока е основният радиатора. зона център е оформен на блок 3 - голям Полиедрични кристал зона. В тази част на скоростта на слитък охлаждане е по-малко, отколкото в зона 1 и 2, така че кристализацията е по-малка степен на преохлаждане, с малък брой ядра. Кристалите, получени в тази зона Полиедрични, произволно ориентирани, защото отвеждане на топлината е във всички посоки в една и съща скорост. Скелетът на големите кристали са дендрити (фиг. 4.2.5a).

Фиг. 4.2.5. Структурата на стоманената лента: а) истински стомана слитък;
б) диаграма на структурата на блока 1 - фино полиедрични кристали; 2 - колонни кристали;
3 - големи кристали Полиедрични