Материаловедение. Барышев Г.А. - 11 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Рис. 2. Кривые охлаждения чистого металла
Чтобы прошло затвердевание, нужно реализовать два процесса:
1) должны зародиться кристаллы;
2) кристаллы должны расти.
Эти параметры кристаллизации в металловедении называются: n – число центров кристаллизации на единицу объема в
единицу времени (с
–1
⋅ см
-3
); С – линейная скорость роста (см/с) (рис. 3).
Здесь показано посекундно (1…6 с) как происходит зарождение кристаллов (светлые квадратики на первой секунде),
они обозначены цифрой 1.
Рис. 3. Схема Миркина для процесса затвердевания металла
Показано также увеличение размеров кристалла с каждой секундой. На схеме второго кадра выросшие кристаллы обве-
дены двойным квадратом и обозначены цифрой 1. В это же время зарождаются следующие четыре кристалла.
В третьем кадре показаны выросшие кристаллы (обозначены цифрами 2 и двойным контуром, а также вновь зародив-
шиеся кристаллы 3).
Конечный итог затвердевания показан на схеме кадра 6, где образованы кристаллы разного размера в разных секундных
интервалах. Такой продукт кристаллизации называется поликристаллом.
3. ТЕОРИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Идеальные условия для кристаллизации таковы: металл чистый, свободный от нерастворимых примесей; расплав нигде
не соприкасается с твердой фазой.
Из рис. 1 видно, что чем ниже температура затвердевания, тем больше ∆F. Преобразуем запись
∆F
1
= ∆f
V
V, (2)
где ∆F
1
– объемное изменение энергии; ∆f
V
– удельное изменение энергии; V – объем.
Затвердевание связано с уменьшением энергии, поэтому присвоим этому слагаемому знак «минус».
При зарождении кристаллов возникает граница раздела между жидкой и твердой фазами. Изменение поверхностной
свободной
энергии
∆F
2
= Sσ, (3)
где S – площадь поверхности кристалла; σ – удельная поверхностная энергия кристалла.
Общее изменение свободной энергии принимает вид
∆Φ = –V∆f
V
+ Sσ. (4)
Примем, что зародыш имеет форму шара радиусом r, а их число m.

Страницы