6 Кристаллизация металла

Когда металл переходит из жидкого состояния в твердое, этот  процесс называется кристаллизацией. Необходимо знать, что основы теории кристаллизации разработаны основоположником науки о металлах – металловедения Д. К. Черновым. Онустановил, что кристаллизация состоит из двух процессов: зарождения мельчайших частиц кристаллов (зародышей или цент­ров кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров (рис. 8).

Рис. 8. Последовательные этапы процесса кристаллизации

 В процессе роста кристаллов к их зародышам при­соединяются все новые атомы жидкого металла. Сначала кристаллысвободны и сохраняют правильную геометрическую форму, но это происходит только до момента встречи растущих кристаллов друг с другом. В месте соприкосновения кристаллов рост отдельных их граней прекращается. В результате кристал­лы не имеют правильной геометри­ческой формы. Такие кристаллы называют кристаллитами или зернами. Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем больше кристаллов образуется в данном объеме и каждый кристалл (зерно) меньше

На практике это подтверждается в тонких сечениях литых деталей, охлаждающихся более быстро. На этих участках ме¬талл всегда получается более мелкозернистым, чем в толстых массивных литых объемах, охлаж¬дающихся медленнее.

Метод получения мелкого зерна при затвердевании металла заключается созданием искусственных центров кристаллизации. Для этого в расплавленный металл вводят специальные вещества, назы-ваемые модификаторами. Процесс искусственного регулированияразмеров зерен получил название модифицирования.

Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их столкновений между собой, но и составом сплава, наличием примесей и условиями охлаждения. В большинстве случаев при кристаллизации металлов механизм образования кристаллов носит так называемый дендритный характер.

Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с неравномерной скоростью. После обра-зования зародышей их развитие идет главным образом в тех направлениях решетки, которые имеют наибольшую плотность упаковкиатомов (минимальное межатомное расстояние). В этих направлениях образуются длинные ветви будущего кристалла – так называе¬мые оси первого порядка (1 на рис. 10, б).

В дальнейшем от осей первого порядка под определенными углами начинают расти новые оси, которые называют осями вто¬рого порядка 2, от осей второго порядка растутоси третьего порядка 3 и т. д.

По мере кристаллизации образуются оси более высокого порядка (четвертого, пятого, шестого и т. д.), которые по¬степенно заполняют все промежутки, ранее занятые жидким металлом.

В условиях, при которых не хватает жидкого металла для за¬полнения пространства между осями, например, при затвердева¬нии последних объемов слитка, дендритное строение выявляется весьма отчетливо (рис. 10, а).В условиях, при которых не хватает жидкого металла для за¬полнения пространства между осями, например, при затвердева¬нии последних объемов слитка, дендритное строение выявляется весьма отчетливо В условиях, при которых не хватает жидкого металла для за­полнения пространства между осями, например, при затвердева­нии последних объемов слитка, дендритное строение выявляется весьма отчетливо

Степень переохлаждения зависит от природы и чи­стоты металла. Чем чище металл, тем при большей степени переохлаждения возникают зародыши твердых кри­сталлов.