Механизм процесса кристаллизации
Стадии кристаллизации
1.зарождение
кристалла
2.рост кристалла (зерна)
Баланс энергии
1.Ж-Т своб. Энергия Е уменьшатся
2.Рост зародыша – увеличение поверхности – увеличение энергии
Ф = Sσ- VΔF = 4πr2nσ- ¾ πr3nΔF
Зародыш способен расти, если его радиус будет не меньше критического
Схема кристаллизации
Строение слитка Д.К. Чернова
1 – наружная мелкозернистая зона
2 – зона столбчатых кристаллов
3 – зона равноосных кристаллов
Строение сплавов
основные понятия
•Сплав – вещество, полученное сплавлением 2 или более компонентов
•Компоненты – вещества, образующие систему
•Система в металловедении – металлы и металлические сплавы
•Фаза – однородная часть системы, отделенная от другой части системы поверхностью раздела, при переходе через которую структура и свойства изменяются скачком
Строение сплавов
•Механические смеси
•Химические соединения (NaCl)
•Твердые растворы внедрения, замещения (неупорядоченные), вычитания
•Промежуточные фазы (интерметаллиды, металлические соединения МеС, МеН, МеN, электронные соединения Cu+Zn, Cu+Sn)
чистое вещество Тв.р-р замещ.
химические соединения
тв. р-р внедр. •Тв. р-р вычит.
Механические смеси
• механические смеси образуются, когда компоненты не способны к
взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения.
•Образуются между элементами значительно различающимися по строению и свойствам, когда сила взаимодействия между однородными атомами больше чем между разнородными.
•В сплавах сохраняются кристаллические решетки компонентов.
химические
соединения
образуются между элементами, значительно различающимися по строению и свойствам, если сила взаимодействия между разнородными атомами больше, чем между однородными.
Особенности этих сплавов:
•Постоянство состава, то есть сплав образуется при определенном соотношении компонентов, химическое соединение обозначается Аn Вm
•Образуется специфмческая, отличающаяся от решеток элементов, составляющих химическое соединение, кристаллическая решетка с правильным упорядоченным расположением атомов
•Ярко выраженные индивидуальные свойства
•Постоянство температуры кристаллизации, как у чистых компонентов
твердые растворы
•твердые растворы – это твердые фазы, в которых соотношения между компонентами могут изменяться. Являются кристаллическими веществами.
•Характерной особенностью твердых растворов является:
наличие в их кристаллической решетке разнородных атомов, при сохранении типа решетки растворителя.
Классификация сплавов твердых растворов
По характеру распределения атомов растворенного вещества в кристаллической решетке растворителя различают твердые растворы:
•Замещения (период решетки изменяется в зависимости от размера атома-заместителя) Cu-Ni, Ag-Au, V-Ti…;
•Внедрения (атомы растворенного элемента имеют малые размеры R растворенного/Rрастворителя<0.59) Ме + С, Н, N, В;
•Вычитания (на базе хим. соед.).
По степеням растворимости компонентов различают твердые растворы:
•с неограниченной растворимостью компонентов;
•с ограниченной растворимостью компонентов.
При неограниченной растворимости компонентов кристаллическая решетка компонента растворителя по мере увеличения концентрации растворенного компонента плавно переходит в кристаллическую решетку растворенного компонента.
Для образования растворов с неограниченной растворимостью необходимы:
–изоморфность (однотипность) кристаллических решеток компонентов;
–близость атомных радиусов компонентов, которые не должны отличаться более чем на 8…13 %.
–близость физико-химических свойств подобных по строению валентных оболочек атомов.
•При ограниченной растворимости компонентов возможна концентрация растворенного вещества до определенного предела. При дальнейшем увеличении концентрации однородный твердый раствор распадается с образованием двухфазной смеси.