Реферат: Основные закономерности процесса кристаллизации
В свою очередь, число центров кристаллизации (ч.ц.) и скорость роста кристаллов (с.р.) зависят от степени переохлаждения (рис. 3.6).
Рис. 3.6. Зависимость числа центров кристаллизации (а) и скорости роста кристаллов (б) от степени переохлаждения
Размеры образовавшихся кристаллов зависят от соотношения числа образовавшихся центров кристаллизации и скорости роста кристаллов при температуре кристаллизации.
При равновесной температуре кристаллизации ТS число образовавшихся центров кристаллизации и скорость их роста равняются нулю, поэтому процесса кристаллизации не происходит.
Если жидкость переохладить до температуры, соответствующей т.а, то образуются крупные зерна (число образовавшихся центров небольшое, а скорость роста – большая).
При переохлаждении до температуры соответствующей т.в – мелкое зерно (образуется большое число центров кристаллизации, а скорость их роста небольшая).
Если металл очень сильно переохладить, то число центров и скорость роста кристаллов равны нулю, жидкость не кристаллизуется, образуется аморфное тело. Для металлов, обладающих малой склонностью к переохлаждению, экспериментально обнаруживаются только восходящие ветви кривых.
Влияние переохлаждения на процесс кристаллизации
Скорость процесса кристаллизации и строение металла после затвердевания зависят от числа зародышей ч.з. (центров кристаллизации), возникающих в единицу времени и в единице объема, то есть от скорости образования зародышей [1/см3 с] и скорости роста с.р. зародышей (увеличения линейных размеров растущего зародыша в единицу времени (мм/с).
Чем больше скорость образования зародышей и чем больше скорость их роста, чем выше эти факторы, тем быстрее протекает процесс кристаллизации.
При ТП - ч.з. и с. р. равны нулю, и поэтому процесс кристаллизации не происходит.
С увеличением степени переохлаждения ч.з. и с.р. возрастают, при определенной ?Т достигают максимума, после чего снижаются (рис. 7).
Рисунок 7. Зависимость параметров кристаллизации ч.з. и с.р. от степени переохлаждения
В условиях когда ?Т1 ?Т2 ?Т3 будет получено:
при ?Т1 - крупное зерно;
?Т2 - чуть мельче;
?Т3 - максимальное измельчение структуры.
С увеличением ?Т скорость образования зародышей, а следовательно, их число возрастают быстрее, чем скорость роста, это объясняется диффузиционными процессами, которые замедляются при низких температурах (больших ? Т).
Чем больше скорость образования зародышей (ч.з. ) и меньше скорость их роста, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшего из зародыша, структура металла будет мелкозернистой.
Величина зерна определяется:
S = 1,1 (с.р. /ч.з. )3/4
При малой ?Т число зародышей мало, получено будет крупное зерно.
С увеличением ?Т число зародышей возрастет (скорость образования зародышей) и размер зерна металла уменьшается.
Зерно металла (его размер) влияет на пластичность и вязкость. Чем меньше размер зерна, тем выше эти свойства у металлов.
Влияние примесей на процесс кристаллизации
Часто источником образования зародышей являются всевозможные твердые частицы (примеси - неметаллические включения, окислы и т.д.). Частицы примеси должны иметь одинаковую кристаллическую решетку с затвердевающим металлом, параметры решетки могут отличаться не более чем на 9%.
Наличие примесей приводят и уменьшают размер Rк , работы его образования, затвердевание жидкости начинается при меньшем ?Т, чем при самопроизвольном зарождении.
Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно (гетерогенное образование зародышей).