15. Кристаллизация чистого металла. Построить график охлаждения и нагревания(см лекцию).

Кристаллиза́ция — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов. Фазой называется однородная часть термодинамической системы отделённая от других частей системы(других фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав, структура и свойства вещества изменяются скачками.

Кристаллизация — это процесс выделения твёрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов, в химической промышленности процесс кристаллизации используется для получения веществ в чистом виде.

Кристаллизация начинается при достижении некоторого предельного условия, например, переохлаждения жидкости или пересыщения пара, когда практически мгновенно возникает множество мелких кристалликов — центров кристаллизации. Кристаллики растут, присоединяя атомы или молекулы из жидкости или пара. Рост граней кристалла происходит послойно, края незавершённых атомных слоев (ступени) при росте движутся вдоль грани. Зависимость скорости роста от условий кристаллизации приводит к разнообразию форм роста и структуры кристаллов (многогранные, пластинчатые, игольчатые, скелетные, дендритные и другие формы, карандашные структуры и т. д.). В процессе кристаллизации неизбежно возникают различные дефекты.

На число центров кристаллизации и скорость роста значительно влияет степень переохлаждения.

Степень переохлаждения — уровень охлаждения жидкого металла ниже температуры перехода его в кристаллическую (твердую) модификацию. С.п. необходима для компенсации энергии скрытой теплоты кристаллизации. Первичной кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах (и сплавах) при переходе из жидкого состояния в твердое.

16.Кристаллизация чистого железа. Объяснить график нагрева и охлаждения (см.Лекцию).

Чистое железо кристаллизуется в виде трех модификаций a, f и 8, каждая из которых устойчива в своем интервале температур. Твердые растворы углерода в этих модификациях называются соответственно а-феррит, аустенит и о-феррит. Модификации а и 8 обладают одинаковой кубической пространственно центрированной решеткой и представляют собой, - строго говоря, одну фазу; модификация - у является кубической гранецентрированной решеткой. Последний тип решетки допускает значительно большую растворимость углерода.

Чистое железо не очень твердое. Однако в процессе плавки железо может вобрать в себя столько углерода из древесного угля, что в результате образуется поверхностный слой сплава железа и углерода, называемого сталью. Этот сплав тверже самой лучшей бронзы, и изготовленный из него наконечник после заточки долга остается острым.

Чистое железо - мягкий и пластичный металл и поэтому он чаще используется лишь в качестве исходного материала при производстве специальных сталей. Стали состоят из железа с добавками углерода, который в сочетании с соответствующей термической обработкой, увеличивает пределы текучести и ползучести. Когда температура стали повышается, сталь переходит в аустенитное состояние, а при последующем охлаждении ниже этой температуры сталь претерпевает эвтектоидное превращение, в результате которого выделяется феррит и цементит. Если превращение имеет место при температуре, при которой диффузионные процессы не происходят, образуется мартенсит, представляющий собой пересыщенный твердый раствор углерода в железе и обладающий высокой твердостью. Когда превращение происходит при высокой температуре, образуется перлит, который состоит из пластинок феррита и цементита. Стали бывают либо доэвтектоидные, в которых содержится в основном феррит, либо заэвтектоидные, содержащие свободный цементит. Структура, состоящая из феррита и перлита, мягкая и пластичная, но с увеличением скорости охлаждения, температура превращения понижается и перлитная структура становится более мелкозернистой, а материал более твердым. При промежуточных значениях температуры между мартенситом и лерлитом существуют структуры, известные под общим названием бейнит.