Министерство Образования и науки

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУМЕРТАУСКИЙ ФИЛИАЛ

Изучение процесса кристаллизации и строение литого металла

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе №1

курса «Материаловедение» для студентов специальности 151001 – Технология машиностроения

КУМЕРТАУ 2008

Министерство образования и науки

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КУМЕРТАУСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра технологии производства летательных аппаратов

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И СТРОЕНИЕ ЛИТОГО МЕТАЛЛА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе №2 курса «Материаловедение»

для студентов специальности 151001 – Технология машиностроения

Кумертау 2008

Составитель: доцент В.П. Самоделкин

Изучение процесса кристаллизации и строения литого металла: Методические указания к лабораторной работе №1 по курсу «Материаловедение» для студентов специальности 151001 – Технология машиностроения/ Кум. филиал Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т;

Сост.: В.П. Самоделкин – Кумертау, 2008. – 14 с.

Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Материаловедение». Они посвящены изучению процесса кристаллизации и строению литого металла.

Ил.4.

Рецензенты: доцент Б.С. Малышев

доцент А.Н. Алексеев

Лабораторная работа №1

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ И СТРОЕНИЕ ЛИТОГО МЕТАЛЛА

1 Цель работы

1. Изучить процесс кристаллизации из растворов солей: описать после­довательность кристаллизации на примере затвердевающей капли раствора со­ли,

2. Ознакомиться со строением литого металла и выявить различия в его строении в зависимости от условий кристаллизации.

2 Теоретическая часть

2.1 Процесс кристаллизации

Кристаллизацией называется процесс образования твердых кристаллов из жидкости или газа. Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое является фазовым превращением. Фазой называется химически и физи­чески однородная часть вещества (или системы), отделенная от других ее час­тей поверхностью раздела, при переходе через которую состав, структура или свойства изменяются скачкообразно.

Процесс кристаллизации, как и всякое фазовое превращение, происходит самопроизвольно, если при этом понижается свободная энергия системы

F = U-TS, (1)

где F - свободная энергия;

U - внутренняя энергия, то есть сумма всех кинетических и потенциальных энергий частиц, входящих в систему;

Т - абсолютная температура;

S- энтропия системы.

Как известно, при увеличении температуры свободная энергия системы понижается, причем для жидкой фазы снижение свободной энергии более вы­ражено, поскольку энтропия жидкости выше (рисунок 1).

Рисунок 1 - Зависимость свободной энергии F = U - TS от температуры

для жидкой(1) и кристаллической (2) фаз вещества

Движущей силой кристаллизации является понижение свободной энер­гии системы (AF) при переходе системы из жидкой фазы в кристаллическую (рисунок 1). Кривая 1 описывает зависимость свободной энергии от температу­ры для жидкой фазы, а кривая 2 - для кристаллической. Температура Т₀, при которой свободные энергии вещества в жидком и твердом состоянии равны, является температурой равновесия. При этой температуре обе фазы устойчивы, и, следовательно, кристаллизация не может начаться, так как нет движущей силы. Кристаллизация начнется тогда, когда свободная энергия кристалличе­ской фазы будет меньше свободной энергии жидкой фазы. При этом произой­дет самопроизвольное уменьшение энергии на величину ΔF = F_ж - F_кр на еди­ницу объема вещества.

Разность между температурой равновесия Т₀ и действительной темпера­турой ΔT = Т_о - Т называется степенью переохлаждения. При наличии переохлаждения в веществе может начаться зарождение центров кристаллизации.

Механизм кристаллизации заключается в образовании центров кристал­лизации и роста кристаллов из образовавшихся центров. Количественно кине­тика процесса описывается скоростью зарождения центров кристаллизации (С.З.Ц.) - числом центров кристаллизации, возникающих в единице объема за единицу времени, и линейной скоростью роста кристаллов (Л.С.Р.) - скоро­стью перемещения какой-либо грани кристалла параллельно самой себе. Рас­смотрим эти два процесса.