Судостроительные материалы. Мутылина И.Н. - 4 стр.

                      Глава 1. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ


    Переход металлов из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической
структуры называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твердом
кристаллическом веществе называется вторичной кристаллизацией.
    Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически бо­
лее устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией или термодинамическим потен­
циалом, т.е. когда свободная энергия кристалла (GТ) меньше свободной энергии жидкой фазы
(Gж). Если превращение происходит с небольшим изменением объема, то ∆G=∆H–T∆S, где G
– свободная энергия, H – полная энтальпия системы, T∆S – энтропийный фактор.
    Изменение свободной энергии жидкого и твердого состояний в зависимости от темпера­
туры показано на рис. 1.




Рис. 1. Изменение свободной энергии металла в жидком (Gж) и твердом (GТ) состояниях в за­
                               висимости от температуры

     Выше температуры плавления более устойчив жидкий металл. При температуре плавле­
ния (Тпл) величины свободных энергий обоих состояний равны. Температура плавления соот­
ветствует температуре кристаллизации (или плавления) данного вещества, при которой обе
фазы (жидкая и твердая) могут существовать одновременно и притом бесконечно долго.
Процесс кристаллизации при этой температуре не начинается. Он развивается в том случае,
если созданы условия, при которых возникает разность свободных энергий вследствие мень­
шей свободной энергии твердого металла по сравнению с жидким.
     Следовательно, процесс кристаллизации может протекать только при переохлаждении
металла ниже равновесной температуры плавления. Разность между температурой плавле­
ния (Тпл) и температурой кристаллизации (Тк), при которой может протекать процесс кри­
сталлизации, носит название степени переохлаждения (∆Т). При очень медленном охлажде­
нии (v1) степень переохлаждения невелика и процесс кристаллизации протекает при темпера­
туре, близкой к равновесной.
     На термической кривой (рис. 2) при температуре кристаллизации отмечается гори­
зонтальная площадка (остановка в падении температуры), образование которой объясняется
выделением скрытой теплоты кристаллизации.
     С увеличением скорости (кривые v2 и v3) охлаждения степень переохлаждения возраста­
ет и процесс кристаллизации протекает при температурах, лежащих ниже равновесной тем­
пературы кристаллизации.
     Степень переохлаждения зависит от природы и чистоты металла. Чем чище жидкий ме­
талл, тем более он склонен к переохлаждению.При затвердевании очень чистых металлов ∆T
может быть очень велика. Так при затвердевании Sn – ∆T=118°C (Тпл.=232°C), Au – 230°C
(Тпл.=1063°C). Однако чаще степень переохлаждения не превышает 10-30°C в производствен­

                                           4