Число центров кристаллизации и скорость роста кристалло

При прочих равных условиях скорость процесса кристаллизащ и строение металла после затвердения зависят от числа зарод] шей 43 (центров кристаллизации), возникающих в единицу вр мени и в единице объема, т. е. от скорости образования зарод] шей (мм-3-1) и скорости роста (СР) зародышей или от скорости увеличения линейных размеров растущего кристалла в единицу времени (мм/с).

Схема зависимости 43 и СР от степени переохлаждения

Рис. 24. Схема зависимости 43 и СР от степени переохлаждения

Чем больше скорость образования зародышей и их роста, тем быстрее протекает процесс кристаллизации.

При равновесной температуре кристаллизации Тп число зародышей и скорость роста равны нулю, и поэтому кристаллизация не происходит (рис. 24). При увеличении степени переохлаждения скорость образования зародышей и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей, а следовательно, и их число возрастают быстрее, чем скорость роста. Такой характер изменения 43 и СР в зависимости от степени переохлаждения объясняется следующим. С повышением степени переохлаждения разность энергий Гиббса жидкого и твердого металлов A Gy возрастает, что способствует повышению скорости кристаллизации, т. е. скорости образования зародышей и их роста (рис. 24). Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение атомов в жидком металле. В связи с этим при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии образование зародышей и их рост затруднены. Вследствие этого число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов столь мала, что большой выигрыш объемной энергии Гиббса при кристаллизации A Gy оказывается недостаточным для образования кристаллических зародышей и их роста (43 = О, СР = 0). В этом случае после затвердения должно быть достигнуто аморфное состояние.

Величина зерна. Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость роста их, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшего из одного зародыша, и, следовательно, более мелкозернистой будет структура металла.

При небольшой степени переохлаждения АТ (малой скорости охлаждения) число зародышей мало. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает, количество их увеличивается и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается.

Размер зерна металла сильно влияет на его механические свойства. Эти свойства, особенно вязкость и пластичность, выше, если металл имеет мелкое зерно (см. с. 115). Величина зерна зависит не только от степени переохлаждения. На размер зерна ока зывают большое влияние температура нагрева и разливки жидкоп металла, его химический состав и особенно присутствие в неь посторонних примесей.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >