Судостроительные материалы. Мутылина И.Н. - 6 стр.

     Образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную гео­
метрическую форму. Однако при столкновении растущих кристаллов их правильная форма
нарушается, т.к. в этих участках рост граней прекращается. После затвердевания кристаллы
получают неправильную форму, такие кристаллы называют кристаллитами, или зернами.
     Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. При прочих равных усло­
виях скорость процесса кристаллизации и строение металла после затвердевания зависят от
числа зародышей (ч.з.) и скорости их роста (с.р.):
     ч.з. – это число зародышей (центров кристаллизации), возникающих в единицу времени
и в единице объема (иначе скорость образования зародышей), 1/мм3.с;
     с.р. – скорость роста зародышей, или скорость увеличения линейных размеров растуще­
го кристалла в единицу времени, мм/с.
     Чем больше скорость образования зародышей и скорость их роста, тем быстрее проте­
кает процесс кристаллизации. При температуре плавления (Тпл). ч.з. и с.р.=0, следовательно,
процесс кристаллизации не происходит.
     При увеличении степени переохлаждения скорость образования зародышей и скорость
их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, по­
сле чего снижаются. Такой характер изменения ч.з. и с.р. в зависимости от степени переохла­
ждения объясняется тем, что с повышением степени переохлаждения разность свободных
энергий жидкого и твердого металлов возрастает, что способствует повышению скорости
кристаллизации, т.е. скорости образования зародышей и их роста.
     Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение ато­
мов в жидком металле, поэтому при больших степенях переохлаждения вследствие уменьше­
ния скорости диффузии образование зародышей и их рост затруднены. При низких темпера­
турах (большой степени переохлаждения) может быть получено аморфное состояние.
     Величина зерна. Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость их ро­
ста, тем меньше размер кристалла, выросшего из одного зародыша, и, следовательно, более
мелкозернистой будет структура металла.
     Величина зерна (d) находится в следующей зависимости от скорости образования заро­
дышей и скорости их роста: d=1,1(с.р./ч.р.)3/4.
     При малой скорости охлаждения (небольшой ∆Т) число зародышей мало. В этих услови­
ях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения скорость образо­
вания зародышей возрастает, и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается.
     Размер зерна сильно влияет на механические свойства, особенно на вязкость, которая
значительно выше у металлов с мелким зерном. На размер зерна влияет температура нагрева
и разливки жидкого металла, его химический состав и особенно присутствие примесей.
     Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флукту­
аций может происходить только в высокочистом жидком металле (гомогенное затвердева­
ние) при больших степенях переохлаждения.
     В технических металлах всегда присутствует большое количество примесей, которые
при определенных условиях облегчают образование зародышей. Эти условия следующие:
     • частицы примеси имеют одинаковую кристаллическую решетку с решеткой за­
         твердевшего металла;
     • параметры сопрягающихся решеток примеси и кристаллизующегося вещества при­
         мерно одинаковы (отличие не > 9 %).
     Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зер­
но. Такое образование зародышей называется гетерогенным.
     Температура, отвечающая перегреву металла, способствует образованию крупных зерен.
Это объясняется растворением примесей, которые могли играть роль готовых поверхностей
раздела при кристаллизации.
     Для получения мелкого зерна в жидкий металл специально вводят примеси. Этот про­
цесс получил название модифицирование. Примеси (модификаторы), практически не изме­
                                            6