Кристаллизация сплавов

Кристаллизация сплавов подчиняется тем же закономерностям, что и кристаллизация чистых металлов. Необходимым условием является стремление системы в состояние с минимумом свободной энергии.

Основным отличием является большая роль диффузионных процессов, между жидкостью и кристаллизующейся фазой. Эти процессы необходимы для перераспределения разнородных атомов, равномерно распределенных в жидкой фазе.

В сплавах в твердых состояниях, имеют место процессы перекристаллизации, обусловленные аллотропическими превращениями компонентов сплава, распадом твердых растворов, выделением из твердых растворов вторичных фаз, когда растворимость компонентов в твердом состоянии меняется с изменением температуры.

Эти превращения называют фазовыми превращениями в твердом состоянии.

При перекристаллизации в твердом состоянии образуются центры кристаллизации и происходит их рост.

Обычно центры кристаллизации возникают по границам зерен старой фазы, где решетка имеет наиболее дефектное строение, и где имеются примеси, которые могут стать центрами новых кристаллов. У старой и новой фазы, в течение некоторого времени, имеются общие плоскости. Такая связь решеток называется когерентной связью. В случае различия строения старой и новой фаз превращение протекает с образованием промежуточных фаз.

Нарушение когерентности и обособления кристаллов наступает, когда они приобретут определенные размеры.

Процессы кристаллизации сплавов изучаются по диаграммам состояния.

Механизм кристаллизации состоит в образовании центров кристаллизации и последующем их росте.

При достижении температуры кристаллизации в жидком металле возникают мельчайшие частицы кристаллов, называемые "зародышами" или "центрами кристаллизации", из которых с определенной скоростью растут кристаллы. Пока кристаллы окружены жидкостью, они имеют правильную форму. При столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается. Форма кристаллов зависит от условий их соприкосновения в процессе роста.

Скорость процесса кристаллизации зависит от скорости зарождения центров кристаллизации (ч.ц) и скорости роста кристаллов из этих центров (с.к.). Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов определяются степенью переохлаждения.

С увеличением степени переохлаждения с.к. и ч.ц. возрастают, достигают максимума при определенной степени переохлаждения, после чего снижаются (рис.3).

Размер образовавшихся кристаллов зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при данной степени переохлаждения. При небольших степенях переохлаждения в жидкости образуется малое количество центров кристаллизации, а скорость роста кристаллов из этих центров велика, в результате образуются немногочисленные крупные кристаллы. С увеличением степени пере-охлаждения число центров кристаллизации увеличивается и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается. Для получения высоких механических, в частности, прочностных свойств желательно получение мелкозернистой структуры.

Зависимость между ЭДС в мВ и температурой в 0С устанавливают по результатам построения градуировочной кривой, т.е. проводят градуировку термопар.

Градуированную кривую строят по известным температурам плавления (кристаллизации) чистых металлов и соответствующим им значениям ЭДС, определяемым по экпериментальным кривым охлаждения.

Поиск по сайту: