Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение

Высшего профессионального образования

«Псковский государственный университет»

Кафедра «Теория машин и механизмов»

Контрольная работа

по дисциплине

«Металловедение (включая сварку)»

Вариант № 13

Выполнил

студент Ревельский С.В.

Гр. 1042 – 03С

Проверил

Преподаватель Суханов Л.А.

2016

Псков

1.Охарактеризуйте параметры процесса кристаллизации, их влияние на величину зерна кристаллизующего материала?

Кристаллизация – фазовый переход вещества из состояния охлажденной (перенасыщенной) маточной среды в кристаллическое соединение с меньшей энергией, избыточная энергия выделяется при кристаллизации в виде скрытой теплоты. Часть этой теплоты может превращаться в механическую работу. В частности, кристаллы солей, образующиеся в порах бетонных плотин в морской воде, вызывают разрушение бетона.

Еще в 1878 г. Д.К.Чернов, изучая структуру литой стали, указал, что процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов. Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов, которые Чернов называл «зачатками», а теперь их называют зародышами, или центрами кристаллизации. Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров.

Процесс кристаллизации схематично представлен на рис.1. Здесь на площади, ограниченной квадратами, показаны последовательные этапы зарождения из атомов первичных центров кристаллизации, их роста и возникновения новых зародышей, дальнейшего роста кристаллов до соприкосновения их граней и окончания процесса кристаллизации. В результате образуется структура зерен кристаллов с неправильной геометрической формой – кристаллы.

Рис.1. Схема процесса кристаллизации.

Величина зерен зависит от количества зародышей кристаллизации и скорости их роста. Если скорость охлаждения мала, то возникает небольшое число зародышей и в конце кристаллизации образуются крупные зерна. При большей скорости охлаждения количество зерен возрастает, но они становятся мельче. Это можно наблюдать на практике – в тонких сечениях литых деталей, где структура стали мелкозернистая, так как происходит быстрое охлаждение. Чтобы сделать зерно мелким, в металл вводят специальные вещества – модификаторы. Процесс искусственного регулирования величины зерен получил название модифицирования.

Процесс образования кристаллов носит дендритный (древовидный) характер, на что впервые обратил внимание Д.К.Чернов. Сущность его состоит в том, что после образования зародышей рост их ведет по направлениям металлической решетки, где имеется меньшая плотность упаковки атомов. Поэтому образуются оси 1 первого порядка (рис.2), затем от них под определенными углами начинаю формироваться оси 2 второго порядка, от них растут оси 3 третьего порядка и т.д. В результате заполняется всё пространство и образуется структура (дендрит), внешне напоминающая строение дерева.

Рис.2. Дендритная кристаллизация

Если условия кристаллизации благоприятны, то могут возникнуть огромные дендриты, достигающие в длину несколько десятков сантиметров. Нормальные дендриты в литых металлах имеют длину равную всего несколько миллиметрам. После горячей механической обработки (ковки, прокатки и прессовки) дендриты вытягиваются вдоль направления течения металла и образуют волокна, которые при наилучшем расположении распределяются вдоль контура изделия. Это оказывает положительное влияние на его механические свойства.