5.Закономерности процесса кристаллизации.

Процесс кристаллизации – переход из жидкого состояния в твердокристаллическое. В прцессе кристаллизации в жидкой фазе появляются кристаллические зародыши в твердой фазе. Они растут, параллельно появляются новые кристаллические зародыши,пока не исчезнет жидкая фаза. Кристаллизация состоит из 2 параллельно протекающих процессов: скорость образования кристаллических зародышей и скорость роста. Если преобладает первый процесс - будет мелкозернистая структура, если 2 – крупнозернистая. В термодинамическом плане: 1 Чем меньше запас свободной энергии. т ем более устойчива система. 2.Любой самопроизвольный протекающий процесс идет в сторону уменьшения запаса энергии.

∆F₁>∆F₀

1-изменение свободной энергии твердокристаллической фазы

2- изменение свободной энергии жидкой фазы

Тs-теоретическая температура кристаллизации

∆ Т₀-минимальное переохлаждение после которого пойдет кристаллизация, внутри ∆Т₀ кристаллизация не протекает, ∆Т₀-интервал метастабильности раствора. При ∆Т₁ разность свободных энергий ∆F₀ должна преодолеть работу по образованию поверхности раздела между жидкой и твердой фазой. Чем больше ∆F, тем интенсивнее проходит образование твердой фазы. Одновременно уменьшается температура, понижается диффузионная подвижность атомов,кот. тормозит процесс кристаллизации.

V-общая скорость кристаллизации

Д- диффузионная подвижность

Скорость кристаллизации:

1-скорость образования кристаллов

2-скорость роста кристаллов

∆Т₀-интервал метастабильности.

При небольших переохлаждениях: ∆Т₁<∆Т₂ скорость образования кристаллов не велика, но скорость их роста большая (крупнозернистая). При относительно больших переохлаждениях ∆Т₂-мелкозернистая. Большая скорость охлаждения сплава – мелкозернистая, при медленном – крупнозернистая. Массивные части отливки охлажд.медленно, а тонкие быстрее. В металлических формах быстрее скорость охлаждения, а неметаллические – медленнее. ∆Т₃-кристализация невозможна. На практике материал будет в твердом состоянии (аморфном). В этом материале отсутствует кристаллическая структура(загустевшая жидкость). Аморфное состояние труднодостижимо для металлов, мгновенное переохлаждение невозможно, всегда есть скорость охлаждения. В аморфном состоянии металлы имеют уникальные свойства.

6.Строение слитка и факторы на него влияющие.

На металлургических заводах выплавляют металлы в огромных объемах и заливают этот металл в визложницы и получают слиток.

1-зерна мелкозернистого строения, образуются вследствие быстрого охлаждения расплавов у стенок визложницы (зона замороженных кристаллов) 2-зона столбчатых кристаллов, крупных по форме 3-равномерный уровень охлаждения (крупные зерна) 4-усадочная раковина образуется вследствие сокращения объема материала.

В некоторых случаях может быть усадочная пористость. В случае небо льших слитков зона 3 может отсутствовать (сплошная транскристаллизация). При заливке металла в подогретые формы может отсутствовать зона 1.

7.Превращения в твердом состоянии(аллотропические и магнитные превращения) Аллотропические (полиморфные) превращения – превращения в твердом состояниисвязанные с изменением в строении кристаллической решетки. Магнитные превращения связаны с изменением строения электронных оболочек. Изменяется магнитная проницаемость. Железо имеет и те и те превращения.

1535 – при постоянной температуреидет процесс кристаллизации, с образованием кристаллов Feδ (ОЦК решетка), 1392 – образуется Feγ (ГЦК-решетка) при постоянной температуре После завершения этого процесса идет идет охлаждение Feγ до 910. 910- Feβ (ОЦК). После завершения процесса, начинается охлаждение до 768 ( магнитное превращение). Железо приобретает фрромагнитные свойства. Кристаллическая решетка – ОЦК. 768-точка Кюри (температура при которой при охлаждении возникают ферромагнитные свойства) Примеры диаграмм состояния с полиморфными превращениями:

О бразуется неограниченный твердый раствор

Т.1-процесс кристаллизации, образование кристаллов α-фазы,выделение теплоты

Т.3-начинается аллотропическое превращение,при котором среди кристаллов α-фазы появляются кристаллы β-фазы

Ниже точки 4-охлаждение кристаллов β-фазы

Полиморфные превращения есть в диаграмме состояния железо-углерод (сталь, чугун).

9. Построение диаграммы состояния методом термического анализа. Термический анализ является одним из экспериментальных методов определения температур внутренних превращений вещества, которое сопровождается поглощением или выделением теплоты. Термический анализ, используемый в материаловедении, представляет собой метод построения кривых «температура-время». Он заключается в записи через равные промежутки времени температуры охлаждающегося или нагревающегося вещества. Результатом термического анализа является графическое изображение наблюдаемых изменений температуры во времени, представляющее собой кривую охлаждения (нагревания) исследуемого вещества. Метод термического анализа посредством изображения кривых охлаждении (нагревания) используется для построения диаграмм фазового состояния систем. Диаграмма состояния представляет собой графическое изображение зависимости значений параметра системы (температуры)определяющего ее фазовое состояние, от содержания компонентов в ней. Компонентами системы называются химически индивидуальные простые или сложные вещества, образующие сплавы. Диаграмма состояния строится в координатных осях, по которым откладывают температуру (⁰С ) и массовую долю компонентов (от 100% одного компонента до 100% другого). Точки, линии (если система одно- или двухкомпонентная), а также поверхности и объемы (для многокомпонентных систем) позволяют

определить химическую природу, состав и границы существования равновесия фаз.

а- понижение температуры расплавленного олова, при232 понижение температуры прекращается. 1-1’ кристаллизация олова, в 1’ кристаллизация прекращается и после идет охлаждение закристаллизованного олова. Кривая охлаждения цинка имеет имеет аналогичный характер и отличается лишь температурным уровнем площадки (418).б- кристаллизация сплава, содержащего 4% цинка и 96% олова,1-2-выделение олова и рост его кристаллов при охлаждении. Как только достигается соотношение 9% цинка и91% олова, выделение ирост кристаллов олова прекращается. Такой сплав имеет строго эвтектический состав (эвтектика – одновременная кристаллизация 2 фаз), предельно насыщен обоими компонентами, поэтому его кристаллизация происходит при постоянной температуре(200). Этот сплав называют эвтектическим. У сплава 3 кривая схожа с кривой 1,в данном случае эвтектическому превращению предшествует выделение кристаллов избыточного цинка. АСВ-линия ликвидус показывает температуру начала кристаллизации , DCF – линия солидус, температура окончания кристаллизации сплавов, ниже ее сплавы находятся в твердом состоянии. Она показывает окончание кристаллизации и начало плавления. Все сплавы данной системы делятся эвтектическим сплавом на доэвтектические и заэвтектические.