При прочих равных
условиях скорость кристаллизации и
строение металла зависят от числа
центров кристаллизации, возникающих
в единицу времени в единице объема, то
есть от скорости образования зародышей
и от скорости роста зародышей.
график
Чем больше скорость
зарождения центров кристаллизации и
скорость роста кристаллов, тем быстрее
протекает процесс кристаллизации. При
равновесной температуре Ts
скорости равны 0.9, Скорость процесса кристаллизации.
10, Величина зерна модифицирования.
Величина зерна находится в зависимости от скорости роста и скорости образования зародышей. d=1,1(vр\vз)3\4
Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость роста, тем меньше размер зерен.
При небольшой степени переохлаждения число зародышей мало и зерна крупные. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей значительно возрастает, а рост снижается и размеры зерен мельчают.
Величина зерна сильно влияет на механические свойства сплавов. В частности вязкость и пластичность выше, если мелкозернистый сплав.
Величина зерна зависит от температуры нагрева, химического состава металла, примесей.
В производстве черных и цветных металлов практикуется процесс искусственного регулирования размеров и форм зерен путем введения примесей. Процесс называется модификацией. Улучшаются механические свойства.
Внутреннее
строение металлов и сплавов изучается
с помощью ренгеноструктурного и
металлографического анализа.
Рентгеноструктурный
метод изучает строение кристаллической
решетки, ориентацию кристалло-графических
путей, внутреннее напряжение. Атомная
кристаллическая структура.
Металлографический
анализ подразделяется на две группы:
-микроструктурный;
-макроструктурный.
Макро заключается
в исследовании строения металлов и
сплавов невооруженным глазом или при
небольшом увеличении. Строение,
определенное таким образом, называется
макроструктурой. Исследования проводят
на макротрещинах или изломах. Макро
позволяет установить
11, Методы исследования кристаллической структуры металлов.
1)Строение зернистой или дендритной формы, наличие трещин, пузырей.
2) Химическую неоднородность (ликвацию), полученную в процессе кристаллизации.
3) Строение после горячей обработки, волокна.
4) Определить характер разрушения
Микро изучает внутреннее
строение металлов и сплавов под
микроскопом. Микроструктура. Определяют
микроструктуру и фазовый состав сплавов.
Многие процессы,
протекающие в металлах и сплавах носят
диффузионный характер. Под диффузией
в твердом теле понимают перемещение
атома на расстояние, превышающее среднее
межатомное расстояние данного вещества.
Если процесс
перемещения не связан с изменением
концентрации в определенном объеме
вещества, то процесс называется
самодиффузией. Иначе говоря самодиффузия
– это перемещение атома основного
металла в собственной кристаллической
решетке.
Диффузия,
сопровождающаяся изменением концентрации,
происходящая в сплавах, содержащих
большое количество примесных элементов,
называется гетеродиффузией.
В процессе диффузии
каждый атом совершает случайные
блуждания, то есть ряд скачков между
различными равновесными положениями
в кристаллической решетке.
Механизмы диффузии:
- циклический;
- обменный;
- вакансионный;
- межузельный.
При циклическом
требуется мало энергии, но он и наименее
возможен. Обменный – частный случай
циклического. Вакансионный наиболее
присущ для металлов и сплавов. Межузельный
для элементов, размеры которых меньше
размеров кристаллической ячейки.12, 6 Диффузия.
8, Строение слитков
В зависимости от условий роста, главным образом от скорости направления отвода теплоты, температуры жидкого металла, форма зерен может быть самой разнообразной.
При кристаллизации металлов и их сплавов рост зерен осуществляется по дендритной схеме.
После соприкосновения дендритов и окончательного заполнения межосного пространства, дендриты превращаются в полновесные кристаллиты.
Кристаллизация слитка идет в три стадии
1
– мелкозернистая корка, состоящая из
разнообразно ориентированных мелких
дендритов.
2-я зона – зона столбчатых кристаллов. С образованием корки условия теплоотвода меняются, градиент температуры резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения металла. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентирванные к поверхности корки (т.е. в направлении отвода тепла) столбчатые кристаллы.
3-я внутренняя зона состоит из крупных, различно ориентированных дендритов. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. Температура застывающего металла успевает почти совершенно уравниваться в различных точках. В результате образуется равноосная структура.
Жидкий металл имеет больший объем, чем закристаллизовавшийся. Залитый в форму металл в процессе кристаллизации сокращается в объеме, поэтому образуются пустоты, называемые усадочными раковинами. Раковины могут быть либо сконцентрированы в одном месте, либо рассеяны по всему объему слитка.
13, Полиморфизм (аллотропия).
Атомы данного элемента могут образовывать любую кристаллическую решетку. Однако реально существуют только те типы решеток, у которых наиболее низкий запас свободной энергии. В ряде случаев при изменении t и p становится устойчивой та или иная решетка.
Существование металлического вещества в нескольких кристаллических формах носит название полиморфизм или аллотропия.
Различные кристаллические формы вещества называются полиморфными.
Аллотропические формы обозначаются греческими буквами α, β, γ, δ и т.д. по мере повышения температуры.
Полиморфизм основан на законе устойчивости состояния с наименьшим запасом энергии, а запас свободной энергии зависит от температуры. Поэтому в одном интервале температур устойчива α-форма, а в другом – β и т.д.
Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую, называется температурой аллотропического превращения
