![](/user_photo/1334_ivfwg.png)
- •ВВЕДЕНИЕ
- •3. ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ
- •4. ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯ ДВОЙНЫХ СИСТЕМ (ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ)
- •8. ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (МЕТАСТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА)
- •10. СТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ГРАФИТ)
- •11. ЧУГУНЫ
- •3. ПЕРЛИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ
- •4. МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ
- •5. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ (БЕЙНИТНОЕ) ПРЕВРАЩЕНИЕ
- •14. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
- •3. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО)
- •15. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В СХЕМАХ-КОНСПЕКТАХ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Под ред. И.Ю. Ульяниной
МОСКВА1999
УДК 620.22 М 34
Материаловедение в схемах-конспектах: Учебное пособие/Под ред.
И.Ю. Ульяниной.-М.: МГИУ, 1999. – 103 с.
Данное учебное пособие составлено с целью облегчить студентам изучение курса "Материаловедение" при сокращенном количестве аудиторных часов. Курс представлен в виде логических схем, где материал расположен в порядке увеличения сложности вопросов и изучаемых тем. Предполагается, что данное учебное пособие будет являться дополнительным материалом к лекционному курсу по данной дисциплине.
Предназначено для студентов инженерных специальностей дневного и вечернего отделений.
Авторы: к.т.н., доц. И.Ю. Ульянина к.т.н., доц. И.А. Курбатова к.т.н., доц. О.А. Парфеновская
Рецензент: профессор, д.т.н. Н.В.Абраимов Рецензия утверждена на заседании кафедры "Материаловедения и техно-
логии" ВВИАим. Н.Е. Жуковского (протокол № 126 от04.02.1999 г.).
Утверждено на заседании кафедры "Материаловедение"
Протокол № 2 (96)
от29.12.98
Редактор С.В. Мухин
|
ЛР № 020407 от12.02.97 |
||
Подписано в печать 12.10.99. |
Сдано в производство 20.10.99. |
||
Форматбумаги 60 × |
90/16 |
Бум. множит. |
|
Усл. печ. л. 6,5 |
Уч.-изд. л. 7,0 |
Тем. план 1999 г., № 1-18 |
|
Тираж 300 |
|
Заказ |
|
РИЦМГИУ, 109280, Москва, Автозаводская, 16 |
|||
ISBN 5-276-00010-7 |
|
|
МГИУ, 1999. |
|
|
|
И.Ю. Ульянина, |
И.А. Курбатова, О.А. Парфеновская, 1999.
2
ВВЕДЕНИЕ |
4 |
|
1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ |
6 |
|
2. |
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА |
12 |
3. |
ФАЗЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВАХ |
16 |
4. |
ДИАГРАММЫ ФАЗОВОГО РАВНОВЕСИЯДВОЙНЫХ СИСТЕМ (ДИАГРАММЫ СОСТОЯНИЯ) 20 |
|
5. |
ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ |
26 |
6. |
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВАМЕТАЛЛОВ |
31 |
7. |
ВЛИЯНИЕ НАГРЕВАНА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА |
37 |
8. |
ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД |
40 |
(МЕТАСТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА) |
40 |
|
9. |
ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД |
49 |
10. СТАБИЛЬНАЯ ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ГРАФИТ) |
54 |
|
11. ЧУГУНЫ |
55 |
|
12. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В СПЛАВАХ ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОД (ТЕОРИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ |
|
|
ОБРАБОТКИ) |
59 |
|
|
1. ПРЕВРАЩЕНИЕ ФЕРРИТО-ЦЕМЕНТИТНОЙ (ПЕРЛИТА) СТРУКТУРЫ В АУСТЕНИТ ПРИ НАГРЕВЕ |
|
|
(АУСТЕНИЗАЦИЯ). |
59 |
|
2. ПРЕВРАЩЕНИЕ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА (ДИАГРАММА ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО |
|
|
РАСПАДА ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА) |
61 |
|
ПЕРЛИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ |
63 |
|
МАРТЕНСИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ |
64 |
|
ПРОМЕЖУТОЧНОЕ (БЕЙНИТНОЕ) ПРЕВРАЩЕНИЕ |
66 |
|
ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРИ ОТПУСКЕ |
69 |
13. ПРЕВРАЩЕНИЕ ПРИ НЕПРЕРЫВНОМ ОХЛАЖДЕНИИ |
71 |
|
14. ТЕХНОЛОГИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ |
75 |
|
|
СОБСТВЕННОТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ТО) |
76 |
|
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА(ТМО) |
88 |
|
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА (ХТО) |
93 |
15. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ |
103 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Для инженеров-машиностроителей большое значение имеет технологическая подготовка, т.е. умение решать инженерные задачи в комплексе, включая вопросы выбора материала и технологии их обработки для конкретных изделий. Курс "Материаловедение" наряду с курсом "ТПМП" (Технологические процессы машиностроительного производства) является базовым для технологической подготовки студента.
Данное учебное пособие составлено в виде логических схем (конспектов), которые не только ориентируют студента в структуре изучаемого материала, но и дают наглядное представление о его содержании. Контрольные вопросы и задачи, приведенные в конце каждой темы, позволяют студенту проводить самостоятельный контроль усвоения материала.
4
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq755x1.jpg)
|
ПРЕДМЕТ ИЗУЧЕНИЯ |
|
Материаловедение – наука о металлах, сплавах и неметал- |
||
|
лических материалах |
|
|
Материаловедение изучает |
|
- строение (структура) и свойст- |
- закономерности изменения струк- |
|
ва материалов, связь между со- |
туры материалов под воздействием |
|
ставом, строением, свойствами. |
внешних факторов; |
|
|
|
- тепловое (термообработка); |
состав |
строение |
- механическое (деформация); |
- электромеханическое; |
||
|
|
- химическое; |
|
|
- радиационное; |
|
|
- химико-термическое; |
|
свойства |
- термомеханическое. |
|
|
|
|
Методы исследования материалов |
Металлографические |
|
Методы |
структур- |
|||||||
методы |
– |
применяются |
|
ного |
анализа |
при- |
||||
для |
изучения |
особенно- |
|
меняются |
для |
ис- |
||||
стей |
структуры |
метал- |
|
следования атомно- |
||||||
лов и сплавов: |
|
|
|
кристаллического |
||||||
микроанализ – |
изучение |
|
строения и его де- |
|||||||
объектов |
структуры под |
|
фектов: |
|
|
|||||
микроскопом |
при уве- |
|
- |
рентгенострук- |
||||||
личении до 1000 раз; |
|
турный анализ; |
|
|||||||
макроанализ – |
изучение |
|
- электронно-графи- |
|||||||
структуры |
невооружен- |
|
ческий анализ. |
|
||||||
ным глазом. |
– |
изуче- |
|
|
|
|
|
|||
Фрактография |
|
|
|
|
|
|||||
ние изломов. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение механических свойств:
-испытания на растяжение;
-определение ударной вязкости;
-испытания на выносливость;
-испытания на ползучесть и длитель-
ную прочность.
Специальные виды испытаний:
-физические методы исследования;
-испытания на коррозионную стойкость;
5
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq756x1.jpg)
|
1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕСТРОЕНИЕМЕТАЛЛОВ |
|
|
|||||||
Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из |
||||||||||
большого числа мелких (10-1 – 10-5 см) кристаллов, разориентированных по от- |
||||||||||
ношению друг к другу. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Металлы и металлические сплавы |
|
|
|
||||
Кристаллы с металлическим |
|
|
Кристаллы |
|
|
|||||
типом |
связи, |
наличие элек- |
(кристаллическая решетка) |
|
||||||
тронного газа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Атомы распола- |
|||
|
|
|
|
Наличие |
даль- |
гаются |
на |
рас- |
||
|
|
|
|
стоянии, |
|
когда |
||||
|
|
|
|
него порядка в |
энергия |
|
оттал- |
|||
|
|
|
|
расположении |
|
кивания |
и |
при- |
||
|
|
|
|
атомов. |
|
|
тяжения равны. |
|||
Свойства |
|
|
Строение кристаллической решетки описыва- |
|||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ется элементарной ячейкой. |
|
|
||||
Термоэлектронная |
Элементарная |
ячейка – это наименьший |
||||||||
объем кристалла, дающий представление о |
||||||||||
|
эмиссия |
|
||||||||
|
|
строении всего кристалла. Характеристики |
||||||||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ячейки – ребра a, b, c и углы между нимиα , β , |
||||||
Высокая тепло- и |
γ ; отрезки a, b, |
c называются периодами ре- |
||||||||
шетки. |
|
|
|
|
|
|||||
электропроводность |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Элементарная |
||
Металлический блеск, |
|
|
|
|
|
ячейка |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
отражательная |
|
спо- |
|
|
|
|
|
|
||
собность |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Повышенная |
способ- |
|
|
|
|
|
|
|||
ность |
пластического |
|
|
|
|
|
|
|||
деформирования |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Положительный |
тем- |
|
|
|
|
|
|
|||
пературный |
коэффи- |
|
|
|
|
|
|
|||
циент |
электросопро- |
|
|
|
|
|
|
|||
тивления |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq757x1.jpg)
ИДЕАЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ
однородность, закономерность и симметричность в расположении атомов определяеттип кристаллической решетки.
Характеристики решетки: координационное число к (число атомов, находящихся на равном и наименьшем расстоянии от данного атома), период, плот-
ность упаковки, коэффициенткомпактности η , число атомов на ячейку n).
Наиболее часто встречающиеся типы решеток
Кубическая решетка
a = b = c
α = β = γ = 900C
объемно-центрированная (ОЦК)
Pb, Na, Tiβ , Feα , W, V идр.
n = 2, η = 68 %, k = 8
гранецентрированная (ГЦК)
Тетрагональная ре-
шетка a = b ≠ c
α = β = γ = 900C
n, η , k – зависит от отношения с/a – степени тетрагональности.
Гексагональная решетка (ГПУ) (плотноупакованная)
a = b ≠ c
α = β = 900C, γ =1200 с/а = 1,633
n = 6, η = 74 %, к= 12 Mg, Zn, Cd, Be, Tiα , Znα , Zn, Coβ идр.
Кристаллографические плоскости – индексы (h, k, l)
– целые рациональные числа, являющиеся величинами, обратными отрезку осей, отсекаемых данной
Feγ , Cu, Ni, Co, Ag и др. плоскостьюпоосямкоординатx, y, z. n = 4, η = 74 %, k = 12
7
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq758x1.jpg)
РЕАЛЬНОЕ СТРОЕНИЕ КРИСТАЛЛОВ
врешеткеимеютсянарушениястроения– структурныенесовершенства(дефекты)
Точечные дефекты – |
Линейные дефекты – дис- |
Поверхностные дефекты |
||||
малы во всех направ- |
локации |
– малые |
размеры |
– малы в одном измере- |
||
лениях. |
в двух |
измерениях |
и |
нии. |
||
1. вакансии |
большая |
протяженность |
в |
1. Границы зерен – |
||
|
|
третьем. |
|
|
|
|
|
|
1. Краевая (линейная) |
больше угловые границы |
|||
|
|
дислокация |
(экстра |
|
||
|
|
плоскость) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. межузельные атомы (дефект Френкеля)
2. Границы субзерен – мало угловые границы
|
2. Винтовая дислокация |
|
|
– линия, вокруг которой |
|
3. примесные атомы |
атомные |
плоскости |
замещения |
изогнуты по спирали. |
|
|
|
субструктура
Оказываютсущественное влияние на |
свойства металлов и сплавов |
8
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq759x1.jpg)
Наличие дефектов предопределяет возможность диффузии – перемещения атомов на расстояния, большие межатомных. Процесс диффузии, в первую очередь, зависит от температуры. Чем выше температура, тем интенсивнее процесс диффузии.
ДИФФУЗИЯ
Самодиффузия – перемещение атомов, не связанное с изменением концентрации в отдельных объемах.
Гетеродиффузия сопровождается изменением концентрации в отдельных объемах, происходит в сплавах с повышенным содержанием примесей .
Механизмы диффузии
вакансионный |
обменный |
циклический |
межузельный |
|
|
|
|
|
|
|
|
диффузия С, N, H
Характеристики диффузии
Коэффициент диффузии D – количество вещества, диффундирующего через единицу площади 1 см2 за единицу времени 1 с.
D = − A e− Q / RT см2/с (градиент концентрации равен 1)
Скорость диффузии
m = - D(dc/dx) - коли- |
|
|
Для нестационарного |
||
чество |
вещества, |
потока |
диффундирующего |
dc/dτ = D(d2c/dx2) |
|
через |
единицу площа- |
dc – концентрация; |
ди поверхности раз- |
dx – расстояние в вы- |
|
дела за единицу вре- |
бранном направлении; |
|
мени. Поток стацио- |
dτ - время; |
|
нарный. |
II закон Фика. |
|
I закон Фика. |
|
|
|
|
|
Наиболее легко процесс диффузии протекает по границам зерен, где сосредоточены дефекты кристаллического строения (вакансии, дислокации).
9
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq7510x1.jpg)
ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ
1. Что определяет металлическое состояние металлов и сплавов? Какие свойства характеризуютметаллы?
2.Что такое кристаллическая решетка? Основные типы кристаллических решеток.
3.Что такое координационное число?
4.Параметры кристаллической решетки.
5.Кристаллографические плоскости и их индексификация.
6.Классификация дефектов кристаллического строения.
7.Что такое точечные, линейные, поверхностные дефекты?
8.Что такое диффузия? Самодиффузия, гетеродиффузия.
9.Механизмы диффузии.
10. Характеристики диффузии.
ЗАДАЧИ
Задача № 1 Рассчитайте число атомов, приходящихся на одну элементарную ячейку в
решетке ОЦК (рис. 1).
а) |
б) |
Рис. 1
Решение:
Пронумеруем атомы в ячейке. Каждый атом в вершине куба (1-8) принадлежит восьми соседним ячейкам, следовательно данной ячейке приходит 1/8 атома. Таких атомов 8: 1/8 8 = 1 атом и один атом в центре решетки (9) 1+1 = 2.
Ответ: 2 атома.
Задача № 2 Рассчитайте число атомов в решетке (рис. 2,а,б)
1) ГЦК (а); 2) ГПУ (б); 3) тетрагональная кубическая решетка (в)
а) |
б) |
в) |
|
Рис.2 |
|
10
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq7511x1.jpg)
Задача № 3 Определить какие дефекты кристаллического строения (1-8) имеются в
решетке кристаллов, приведенных на рис. 3.
Рис. 3
Задача № 4
Рассчитайте и сравните коэффициенты диффузии для Feα и Feγ при 9110С, если
для Feα |
для Feγ |
А= 5,8 см2/с |
А= 0,6 см2/с |
Q = 59700 кал/г ат |
Q = 68000 кал/г ат |
Задача № 5
Определить, насколько увеличится скорость диффузии в Feγ , если увеличить температуру с 9110С до 11000С.
11
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq7512x1.jpg)
2. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СТРОЕНИЕМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА
Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) на-
зывается процессом кристаллизации.
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Энергетическое |
условие |
Образование |
зародыша |
|
Рост зародыша новой |
||||||||||||||||||
– |
система |
приходит к |
новой фазы. |
Зародыш |
|
фазы. |
|
|
|
|
|||||||||||||
термодинамически |
бо- |
образуется |
в |
объемах |
|
Рост кристалла |
про- |
||||||||||||||||
лее устойчивому |
со- |
жидкой фазы с ближ- |
|
исходит |
путем |
пере- |
|||||||||||||||||
стоянию |
|
с |
меньшей |
ним порядком в распо- |
|
хода атомов из жид- |
|||||||||||||||||
энергией Гиббса (сво- |
ложении атомов. Обра- |
|
кости к зародышу но- |
||||||||||||||||||||
бодной энергией). |
|
|
зование зародыша при- |
|
вой фазы. |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
водит |
к |
снижению |
|
Кристалл |
растет |
по- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
энергии |
Гиббса (α |
- |
|
слойно. |
образуется |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
размер зародыша). |
|
|
|
Сначала |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
двухмерный зародыш) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
одноатомной |
толщи- |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ны размером r≥ rкр (1), |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
который |
растет |
за |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
счет |
поступления |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
атомов из жидкости |
||||
Уменьшение |
энергии |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Только |
зародыши раз- |
|
|
(2). |
|
|
|
|
||||||||||||||
Гиббса возможно только |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
при |
переохлаждении |
мером акр и больше |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
ниже То |
0 – |
температуры |
способны к росту, т.к. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
фазового |
равновесия, |
снижают энергию Гиб- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
когда Gтв = Gж. Степень |
бса. акр – критический |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
переохлаждения ∆ |
Т. |
минимальный |
размер |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
∆ |
Т = Т0 – Т1, Т1 – темпе- |
зародыша, |
способного |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
ратура, |
при |
которой |
к росту. акр (критиче- |
|
Рост двухмерного за- |
|
|||||||||||||||||
идет процесс кристалли- |
ский зародыш) зависит |
|
родыша. |
|
|
|
|||||||||||||||||
зации. |
|
|
|
|
|
от∆ Т: ∆ |
Т2>∆ Т1 (T1<T2), |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
∆ |
|
G – изменение энергии. |
акр2 < акр1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
∆ |
|
∆ Gобщ = -∆ Gv n + σ S n→∆ |
Gобщ = -∆ |
Gобъем + ∆ Gпов. |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
Gv – изменение энергии Гиббса на единицу объема; |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
σ - межфазная энергия единицы поверхности; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
S – поверхность раздела ж-тв кристалл; |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
n – число зародышей; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
∆ |
Gкр = 1/3σ |
S – энергия образования критического зародыша; |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
rкр - 4σ /∆ |
Gv – размер критического зародыша. |
|
|
|
|
|
12
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq7513x1.jpg)
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Характеристики процесса кристаллизации ч.з. (n) – число центров кристаллизации;
с.р. (с) – линейная скорость роста.
С увеличением ∆ Т растет разность энергии Гиббса ∆ Fv, что способствует образованию новых зародышей и их росту.
Однако снижение Т0 приводит к замедлению диффузии, что замедляет процесс.
Величина образовавшихся кристаллов зависитот∆ Т – чем выше∆ Т, тем больше зародышей, способных к росту, тем меньше кристаллы.
Кристаллы имеют форму дендритов – разветвленных кристаллов.
Самопроизвольное образование зародышей в однородной (гомогенной) системе – гомогенное об-
разование зародышей.
В неоднородной системе (много примесей) зародыши образуются на примесях – гетерогенное образование зародышей.
Модифицирование – использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна.
не модифиц. модифициров.
Схема структуры литого металла.
13
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq7514x1.jpg)
Строение слитка после процесса кристаллизации зависит от степени переохлаждения, направления отвода тепла, наличия готовых центров кристаллизации.
СТРОЕНИЕ СЛИТКА
Небольшая степень переохлаждения (∆ Т) (нормальное охлаждение)
Сильный перегрев и быстрое охлаждение (большая ∆ Т)
Очень медленное охлаждение (малая ∆ Т)
|
|
|
|
|
|
1 |
– зона мелких рав- |
|
|
|
|
ноосных кристаллов; |
2 – зона столбчатых |
|
|||
2 |
– зона столбчатых |
3 – зона равноосных |
|||
кристаллов; |
кристаллов; |
кристаллов; |
|||
3 |
– зона равноосных |
4 – усадочная ракови- |
4 – усадочная ракови- |
||
кристаллов; |
на. Явление транскри- |
на. |
|||
4 |
– усадочная ракови- |
сталлизации. |
|
||
на. |
|
|
|
Жидкий металл имеет больший объем, чем твердый, поэтому в верхней части слитка, которая застывает последней, образуется пустота – усадочная раковина.
14
![](/html/1334/253/html_9jm8Dst83N.WYE8/htmlconvd-DuEq7515x1.jpg)
ВОПРОСЫ ИЗАДАЧИПО ТЕМЕ 1. Что называется кристаллизацией?
2.Условия прохождения процесса кристаллизации.
3.Что такое критический зародыш, отчего зависитего размер?
4.Почему величина кристаллов зависитотстепени переохлаждения?
5.Характеристики процесса кристаллизации.
6.Гомогенное и гетерогенное образование зародыша.
7.Что такое модификаторы и для чего они применяются?
8.Что такое дендрит?
9.Как влияютусловия кристаллизации на строение слитка?
ЗАДАЧИ
Задача № 1 Теоретическая температура плавления свинца 3270С. К началу кристалли-
зации жидкий металл переохладили до 2000С. Чему равна степень переохлаждения ∆ Т?
Задача № 2 Используя зависимость изменения свободной энергии Гиббса от темпера-
туры, определить, какая фаза будет находиться в металле при температуре Т1,
Т2, Т3? (рис. 4).
Рис. 4
Задача № 3 Температура кристаллизации меди 10900С. Один слиток меди затвердевал
с переохлаждением 1000С, другой – 5000С. Зарисовать образовавшуюся структуру слитка и объяснить результат.
15