Мод ель процесса кристаллизации

Характеристики процесса кристаллизации ч.з. (n) – число центров крис таллизации; с.р. (с) – линейная скорость роста.

Si

^		*J
/		\
/	f
	JA	j^S
?.	L^		jr

С увеличением ∆Т растет разность энергии Гиббса ∆F_v, что способствует образованию новых зародышей и их росту.

Однако снижение Т⁰ приводит к за­медлению диффузии, что замедляет процесс.

Величина образовавшихся кристал­лов зависит от ∆Т – чем выше ∆Т, тем больше зародышей, способных к рос­ту, тем меньше кристаллы. Кристаллы имеют форму дендритов – разветвленных кристаллов.

Самопроизвольное образование зародышей в однородной (гомо­генной) системе – гомоген ное об­разование зародыш ей. В неоднородной системе (много примесей) зародыши образуются на примесях – гетерогенное обра­зование зародышей. Модифицирование – ис пользова­ние специально вводимых в жид­кий металл примесей (модифика­торов) для получения мелкого зерна.

не модифиц. модифициров. Схема структуры литого металла.

Строение слитка после процесса кристаллизации зависит от степени переохлаждения, направления отвода тепл а, наличия готовых центров крис таллизации.

СТРОЕНИЕ СЛИТКА

степень

Небол ьш ая

переохлаждения (∆Т) (нормальное охлаж­дение)

1 – зона мелких рав­ноосных кристаллов;

2 – зона столбчатых кристаллов;

3 – зона равноосных кристаллов;

4 – усадочная ракови­на.

и

Сильный перегрев быстрое охлаждение (большая ∆Т)

2 – зона столбчатых кристаллов; 4 – усадочная ракови­на. Явление тр а нс к р и -сталлизации.

Очень медленное ох­лаждение (малая ∆Т)

3 – зона равноосных кристаллов;

4 – усадочная ракови­на.

Жидкий металл имеет больший объем, чем тв ер дый, поэтому в верхней части слитка, которая застывает последней, образуется пустота – усадочная раковина.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ПО ТЕМЕ

1. Что называется кристаллизацией?

2. Условия прохождения процесса кристаллизации.

3. Что так о е критический зародыш, от чего зависит его размер?

4. Почем у величина кристаллов зависит от степени переохлаждения?

5. Характеристики процесса кристаллизации.

6. Гомогенное и гетерогенное образование зародыша.

7. Что так о е модификаторы и для чего они применяются?

8. Что та к о е дендрит?

9. Как влияют условия кристаллизации на строение слитка?

ЗАДАЧИ

Задача № 1

Теоретическая температура плавления свинца 327⁰С. К началу кристалли­зации жидкий металл переохладили до 200⁰С. Чему равна степень переохлаж­дения ∆Т?

Задача № 2

Ис по л ьз у я зависимость изменения свободной энергии Гиббса от те м пер а -туры, определить, какая фаза будет находиться в металле при температуре Т₁, Т₂, Т₃? (рис. 4).

Рис. 4

Задача № 3

Температура кристаллизации меди 1090⁰С. Один слиток меди затвердевал с переохлаждением 100⁰С, другой – 500⁰С. Зарисовать образовавшуюся струк­туру слитка и объяс нить результат.