Содержание
- 2. Энергетические условия и механизм процесса кристаллизации В твердом агрегатном состоянии все металлы имеют кристаллическое строение. Для
- 3. Изменение свободной энергии металла в жидком и твердом состояниях зависит от температуры. Любая система, состоящая из
- 4. При температурах выше равновесной температуры плавления Тп меньшей свободной энергией обладает жидкая фаза, а ниже этой
- 5. Флуктуации, имеют маленькие размеры их размер становится крупнее по мере снижения свободной энергии системы. Фазовые флуктуации,
- 6. Формирование структуры металлов и сплавов Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей и продолжается в процессе
- 7. В местах столкновения процессы роста резко затормаживаются, зато увеличиваются процессы роста в других направлениях. В результате
- 8. Строение металла зависит от скорости процессов кристаллизации от числа центров кристаллизации, возникающих в единицу времени и
- 9. При ΔТ = 0 процесса кристаллизации не происходит, скорости образования зародышей и их роста равны нулю.
- 10. Аморфный металл обладает рядом уникальных свойств из-за отсутствия границ зерен и дефектов кристаллического строения. Прочность их
- 11. Строение металлического слитка Слитки представляют собой стальные полуфабрикаты которые в дальнейшем будут подвергнуты обработке резанием давлением
- 12. Кристаллы, образующиеся в процессе первичной кристаллизации, могут иметь различную форму в зависимости от: скорости охлаждения; направления
- 13. Структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона - наружная мелкозернистая корка (1), состоящая
- 15. Скачать презентацию
Энергетические условия и механизм процесса кристаллизации
В твердом агрегатном состоянии все металлы
Энергетические условия и механизм процесса кристаллизации
В твердом агрегатном состоянии все металлы
Переход из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры называется первичной кристаллизацией.
Изменение свободной энергии металла в жидком и твердом состояниях зависит от
Изменение свободной энергии металла в жидком и твердом состояниях зависит от
Изменение свободной энергии металла в жидком Gж и твердом Gт состоянии в зависимости от температуры.
При температурах выше равновесной температуры плавления Тп меньшей свободной энергией обладает
При температурах выше равновесной температуры плавления Тп меньшей свободной энергией обладает
Разность между температурами Тп и Тк называется степенью переохлаждения:
ΔТ = Тп – Тк
Чем больше степень переохлаждения ΔТ, тем больше разность свободных энергий ΔG и больше скорость кристаллизации. При температурах, близких равновесной температуры плавления, в жидком агрегатном состоянии возможно образование небольших группировок, в которых атомы упакованы так же, как в твердом металле. Такие группировки атомов неустойчивы и могут произвольно как образовываться так и разрушатся из-за того, что они образованны возбужденными атомами. Такие группировки атомов называются фазовыми флуктуациями.
Флуктуации, имеют маленькие размеры их размер становится крупнее по мере снижения
Флуктуации, имеют маленькие размеры их размер становится крупнее по мере снижения
Фазовые флуктуации, имеющие размер выше критического, способны расти путем присоединения к себе атомов из жидкого расплава, такие фазовые флуктуациями называются центрами кристаллизации (зародышами). Если размер меньше критического, расти фазовые флуктуации не могут, они нестабильны и растворяются в жидкой фазе.
Если принять, что зародыш имеет форму куба с ребром А, то его критический размер, способный к росту:
Акр = 4σ / ΔG,
где σ - поверхностное натяжение.
Формирование структуры металлов и сплавов
Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей
Формирование структуры металлов и сплавов
Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей
В местах столкновения процессы роста резко затормаживаются, зато увеличиваются процессы роста
В местах столкновения процессы роста резко затормаживаются, зато увеличиваются процессы роста
Скорость обоих процессов характеризуется единым показателем - скоростью кристаллизации. Чем ниже температура кристаллизации, тем меньше критический размер зародыша, тем больше число центров кристаллизации (ч.ц.) образуется в единицу времени, тем больше скорость их роста (с.к.).
Строение металла зависит от скорости процессов кристаллизации от числа центров кристаллизации,
Строение металла зависит от скорости процессов кристаллизации от числа центров кристаллизации,
При ΔТ = 0 процесса кристаллизации не происходит, скорости образования зародышей
При ΔТ = 0 процесса кристаллизации не происходит, скорости образования зародышей
Для получения аморфных металлов (металлические стекла) нужны скорости охлаждения порядка миллионов градусов в секунду. Такие скорости охлаждения достигаются при разбрызгивании мелких капель жидкого металла на хорошо отполированную поверхность быстро вращающегося холодного медного диска. Толщина пленки аморфного металла достигает нескольких микрометров (до 60 мкм) и ширины 200 мм, или проволоки диаметром 0,5...20 мкм. Другой вариант - прокатка тонкой струи расплава между двумя массивными медными валками, расплющивающие капли жидкого металла. При нагреве аморфный металл может реализовать свое стремление к кристаллизации и при достаточной подвижности атомов образуется кристаллическое строение.
Аморфный металл обладает рядом уникальных свойств из-за отсутствия границ зерен и
Аморфный металл обладает рядом уникальных свойств из-за отсутствия границ зерен и
Перспектива практического использования аморфного состояния металлов значительна. Уже создана аморфизация тонких поверхностных слоев массивных изделий. При воздействии на поверхность изделия мощного лазерного или электронного луча удается в короткое время расплавить очень тонкий наружный слой, который после прекращения воздействия остывает с огромной скоростью за счет отвода тепла в толщу холодного металла. Таким образом, обычный металл, можно будет надежно защитить от износа и коррозии.
Строение металлического слитка
Слитки представляют собой стальные полуфабрикаты которые в дальнейшем будут
Строение металлического слитка
Слитки представляют собой стальные полуфабрикаты которые в дальнейшем будут
Залитая в изложницы сталь отдает теплоту ее стенкам, поэтому затвердевание стали начинается у стенок изложницы. Толщина закристаллизовавшейся части непрерывно увеличивается, при этом между жидкой сердцевиной слитка и твердой коркой металла располагается зона, в которой одновременно имеют место растущие кристаллы и жидкий метал между ними. Эта зона называется фронтом роста кристаллов. Кристаллизация слитка заканчивается вблизи его продольной оси, верхняя часть слитка остывает медленнее чем нижняя. Поэтому создаются условия для смещения газовых примесей в верхнюю часть.
На строение стального слитка большое влияние оказывает степень раскисленности стали. В зависимости от степени раскисления стали могут быть трех видов: Спокойные (СП), кипящие (КП) и полуспокойные (ПС). В качестве примера рассмотрим строение слитка спокойной стали.
Кристаллы, образующиеся в процессе первичной кристаллизации, могут иметь различную форму в
Кристаллы, образующиеся в процессе первичной кристаллизации, могут иметь различную форму в
скорости охлаждения;
направления теплоотвода;
содержания примесей.
Первичный древовидный кристалл называется дендритом. Максимальная скорость роста кристаллов наблюдается по таким плоскостям и направлениям, которые имеют наибольшую плотность упаковки атомов.
В результате вырастают длинные ветви, которые называются осями первого порядка. На осях первого порядка появляются и начинают расти ветви второго порядка, от которых ответвляются оси третьего порядка. В последнюю очередь идет кристаллизация в участках между осями дендрита.
При заливке жидкого металла в форму и последующей кристаллизации получается слиток, отдельные зоны которого отличаются микроструктурой.
Структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона -
Структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона -
Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов (2). После образования мелкозернистой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из-за небольшого числа центров кристаллизации начинается рост в направлении теплоотвода, образуются столбчатые кристаллы.
1-мелкозернистая корка,
2-столбчатые кристаллы,
3-крупные равноосные кристаллы,
4-усадочная раковина.