ПЕРВИЧНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВИзвестно, что все металлы – тела кристаллические. В своей основе они имеют элементарную кристаллическую ячейку. Переход из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называют кристаллизацией или первичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит их двух стадий: зарождения мельчайших частиц кристаллов (зародышей или центров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров (рис. 3).
Рисунок 3 – Последовательные этапы процесса кристаллизации
В первую секунду кристаллизации образуются центры (или зародыш) кристаллизации и с течением времени с понижением температуры расплава их становится все больше; в то же время образовавшиеся первые центры или растут, или исчезают в силу энергетических причин. Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером зародыша. Такой зародыш называют устойчивым. В какую-то n-1 секунду зародыш кристаллизации выросли, но пока не соединились между собой, их называют монокристаллами или кристаллитами. После полной кристаллизации, когда монокристаллы соединились между собой, металл называют поликристаллом, а кристаллиты – зёрнами, места их соединения – границами зерна. Кристаллизацию можно представить графиком в координатах температура–время. В идеальном случае кристаллизация начинается при температуре Ткр=Тпл (кривая 1, рис. 4 а). Но поскольку энергии (Е) жидкого и кристаллического состояний при этой температуре равны (рис. 4 б), то кристаллизация не пойдет до конца. Будет существовать при этой температуре две фазы: жидкая и твердая (кристаллическая). Известно, что все в природе стремится иметь наименьшую энергию состояния. И при данных условиях возможно протекание таких процессов, которые обладают наименьшей свободной энергией. Это хорошо просматривается при кристаллизации дистиллированной воды при 0°С. Рисунок 4 – Кривые охлаждения в идеальном и реальном случае кристаллизации (а) и энергии состояний (б)
Для того чтобы прошла полная кристаллизация расплава, его нужно переохладить (кривая 2).Разницу между температурами кристаллизации идеальной и реальной кривых охлаждения называют степенью переохлаждения (n). Это же можно видеть на рис. 4б. Ниже температуры Ткр=Тпл энергия кристаллического состояния (Eкр) меньше. Жидкого состояния нет.
|