Схема процесса кристаллизации
Схема процесса кристаллизацииСкачать файл - Схема процесса кристаллизации
Механизм и закономерности кристаллизации металлов. Условия получения мелкозернистой структуры. Любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: Возможен переход из одного состояния в другое, если новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. С изменением внешних условий свободная энергия изменяется по сложному закону различно для жидкого и кристаллического состояний. Характер изменения свободной энергии жидкого и твердого состояний с изменением температуры показан на рис. При температуре равной Т S жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры Т S. Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации. Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения: Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности чем чище металл, тем больше степень переохлаждения , от скорости охлаждения чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени. При нагреве всех кристаллических тел наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое. Такая же граница существует при переходе из жидкого состояния в твердое. Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рис. До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии. Для начала их роста необходимо уменьшение свободной энергии металла, в противном случае зародыш растворяется. Процесс кристаллизации будет осуществляться, когда выигрыш от перехода в твердое состояние больше потери энергии на образование поверхности раздела. Зависимость энергии системы от размера зародыша твердой фазы представлена на рис. Зародыши с размерами равными и большими критического растут с уменьшением энергии и поэтому способны к существованию. Центры кристаллизации образуются в исходной фазе независимо друг от друга в случайных местах. Сначала кристаллы имеют правильную форму, но по мере столкновения и срастания с другими кристаллами форма нарушается. Рост продолжается в направлениях, где есть свободный доступ питающей среды. После окончания кристаллизации имеем поликристаллическое тело. Качественная схема процесса кристаллизации может быть представлена количественно кинетической кривой рис. Процесс вначале ускоряется, пока столкновение кристаллов не начинает препятствовать их росту. Объем жидкой фазы, в которой образуются кристаллы уменьшается. Таким образом, процесс кристаллизации состоит из образования центров кристаллизации и роста кристаллов из этих центров. В свою очередь, число центров кристаллизации ч. 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 Т S число образовавшихся центров кристаллизации и скорость их роста равняются нулю, поэтому процесса кристаллизации не происходит. Если жидкость переохладить до температуры, соответствующей т. При переохлаждении до температуры соответствующей т. 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. Стремятся к получению мелкозернистой структуры. Оптимальными условиями для этого являются: Стенки изложниц имеют неровности, шероховатости, которые увеличивают скорость кристаллизации. Поверхностно - активные вещества, которые растворяются в металле, и, осаждаясь на поверхности растущих кристаллов, препятствуют их росту. Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера. Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода. Так как теплоотвод от незакристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией. Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией. Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка. Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа. Если не требуется большой точности, то используют спектральный анализ. Спектральный анализ основан на разложении и исследовании спектра электрической дуги или искры, искусственно возбуждаемой между медным электродом и исследуемым металлом. Зажигается дуга, луч света через призмы попадает в окуляр для анализа спектра. Цвет и концентрация линий спектра позволяют определить содержание химических элементов. Более точные сведения о составе дает рентгеноспектральный анализ. Позволяет определить состав фаз сплава, характеристики диффузионной подвижности атомов. Осуществляется после предварительной подготовки исследуемой поверхности шлифование и травление специальными реактивами. Позволяет выявить и определить дефекты, возникшие на различных этапах производства литых, кованных, штампованных и катанных заготовок, а также причины разрушения деталей. Позволяет обнаружить элементы структуры размером до 0,2 мкм. Наблюдаются микротрещины и неметаллические включения. Для выявления микроструктуры поверхность травят реактивами, зависящими от состава сплава. Различные фазы протравливаются неодинаково и окрашиваются по разному. Можно выявить форму, размеры и ориентировку зерен, отдельные фазы и структурные составляющие. Кроме световых микроскопов используют электронные микроскопы с большой разрешающей способностью. Изображение формируется при помощи потока быстро летящих электронов. Поток электронов проходит через изучаемый объект. Изображение является результатом неодинакового рассеяния электронов на объекте. Различают косвенные и прямые методы исследования. При прямом методе изучают тонкие металлические фольги, толщиной до нм, на просвет. Фольги получают непосредственно из изучаемого металла. Изображение создается за счет вторичной эмиссии электронов, излучаемых поверхностью, на которую падает непрерывно перемещающийся по этой поверхности поток первичных электронов. Изучается непосредственно поверхность металла. Разрешающая способность несколько ниже, чем у просвечивающих микроскопов. Для изучения атомно-кристаллического строения твердых тел тонкое строение используются рентгенографические методы , позволяющие устанавливать связь между химическим составом, структурой и свойствами тела, тип твердых растворов, микронапряжения, концентрацию дефектов, плотность дислокаций. Термический анализ основан на явлении теплового эффекта. Фазовые превращения в сплавах сопровождаются тепловым эффектом, в результате на кривых охлаждения сплавов при температурах фазовых превращений наблюдаются точки перегиба или температурные остановки. Данный метод позволяет определить критические точки. Если изменения обусловлены только увеличением энергииколебаний атомов, то при охлаждении размеры восстанавливаются. Метод позволяет определить критические точки сплавов, температурные интервалы существования фаз, а также изучать процессы распада твердых растворов. Используется для исследования процессов, связанных с переходом из паромагнитного состояния в ферромагнитное или наоборот , причем возможна количественная оценка этих процессов. Условия получения мелкозернистой структуры Строение металлического слитка Определение химического состава. Рассмотрим переход металла из жидкого состояния в твердое. Процесс кристаллизации чистого металла: Чем больше частичек, тем мельче зерна закристаллизовавшегося металла. Схема стального слитка, данная Черновым Д. Схема стального слитка Слиток состоит из трех зон: Схема дендрита по Чернову Д. Используются методы количественного анализа. Используются стационарные и переносные стилоскопы. Различают макроструктуру, микроструктуру и тонкую структуру.
Кристаллизация металлов
Решение экономических задач 10 класс
Процесс кристаллизации
Магазин детской одежды москва каталог
Озеро вега казань где находится
Σ = е∙ε,
Как прошить айфон 6s на андроиде
Сколько стоят рейлинги на ниву
Need for speed 2015 характеристики на пк