6. Кристаллизация металлов.

Все вещества могут находится в 3-х агрегатных состояниях: жидких, твёрдых, газообразных. В чистых металлах, при определённой t-ах происходит изменение агрегатного состояния. Твёрдое состояние сменяется при t-ах плавления, жидкое состояние сменяется газообразным при t-ах кипения.

процесс перехода из жидкого состояния в твёрдое, называется первичной кристаллизацией;

металлы кристаллизуются при постоянной t-ре, T_S – температура кристаллизации.

П ри достижении T_S на графике появляется горизонтальная площадка, отвод тепла на какое-то время компенсируется выделяющейся при кристаллизации теплотой. Эта теплота наз. скрытой теплотой.

По окончании кристаллизации, t металла снова начинает снижаться. T_n – температура переохлаждения.

ΔT = T_S – T_n – степень переохлаждения.

Процесс кристаллизации состоит из 2-х элементарных процессов: 1) зарождение мельчайших частиц – центров кристаллизации; 2) рост зёрен из этих центров.

При t-х близких к T_S в небольших V-ах жидкого металла могут возникать определённые группировки атомов, в кот. их расположение близко к расположению атомов в твёрдом металле, эти группировки и являются основой для образования центров кристаллизации, способных к дальнейшему росту. Во всём объёме металла при понижении t возникает множество центров кристаллизации, вокруг кот. свободно растут кристаллы. Форма кристалла в этот момент геометрически правильная, друг от друга отличаются размерами и различной ориентировкой в пространстве, но как только растущие кристаллы придут в соприкосновение друг с другом, правильная геометрич. Форма нарушается.

В точках соприкосновения рост границ кристалла прекращается, а продолжается лишь в свободном направлении. В результате получается множество кристаллов неправильной формы, различно ориентированных в пространстве.

Кристаллы неправильной формы, наз. кристаллитами или зёрнами. Чем меньше зерно, тем оно прочнее. Измельчение зерна можно обеспечить введением специальных веществ (модификаторов), кот. играют роль искусственных центров кристаллизации.

Величина зерна имеет важное значение для эксплуатационных и технологических свойств материала. Крупно зернистый материал имеет низкую сопротивляемость ударам. При обтачивании имеет большую шероховатость. Размеры зёрен зависят от природы самого металла и от условий кристаллизации.

7. Строение слитка

Строение слитка после процесса кристаллизации зависит от степени переохлаждения, направления отвода тепла, наличия готовых центров кристаллизации.

Н ебольшая степень переохлаждения (ΔТ) (нормальное охлаждение) 1 – зона мелких равноосных кристаллов (корковая зона); 2 – зона столбчатых кристаллов; 3 – зона равноосных кристаллов; 4 – усадочная раковина.

С ильный перегрев ибыстрое охлаждение(большая ΔТ) 2 – зона столбчатых кристаллов; 4 – усадочная ракови- на. Явление транскри- сталлизации.

О чень медленное охлаждение (малая ΔТ) 3 – зона равноосных кристаллов; 4 – усадочная ракови- на.

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