§ 3. Взаимосвязь между основными параметрами кристаллизации.

Д.К. Чернов выделил два элементарных процесса при кристаллизации:

1). Образование мелких кристаллов- центров кристаллизации (зародышей)

2). Дальнейший рост кристаллов из появившихся зародышей.

Эти два процесса протекают одновременно.

Параметры кристаллизации:

1). Степень переохлаждения.

2). Число зародышей (центров)- количество зародышей, образующихся в единичном объеме за единицу времени.

3). Скорость роста кристаллов - линейная скорость перемещения граней кристалла.

12.10.07.

число центров, скорость роста, крупнозернистая структура.

число центров, скорость роста, мелкозернистая структура.

Технические металлы и сплавы не склонны к переохлаждению.

§ 4. Зависимость критического радиуса зародыша от степени переохлаждения.

Каждой степени переохлаждения соответствует свой размер устойчивого зародыша, способному к дальнейшему росту.

Если , то такой зародыш способен к дальнейшему росту.

С увеличением степени переохлаждения: .

Изменяя размер зародыша мы можем управлять процессом кристаллизации.

Если перейти от структуры к свойствам, то с уменьшением размера зерна растет прочность, пластичность и возрастает ударная вязкость.

Предел текучести:

Видно, что предел текучести зависит от среднего размера зерна .

где - прочность монокристалла

- коэффициент, зависящий в частности от плотности дислокаций и кристаллического строения.

Через средний размер зерна мы можем управлять прочностью. Материал, обладающий мелкозернистой структурой- прочный материал. Для крупнозернистой структуры характерны низкие прочности.

Способы регулирования размера кристалла:

- изменение степени переохлаждения ;

- модифицирование- технологическая операция введения в жидкий металл специальных веществ (модификаторов).

Модификаторы:

1. Объемные (когда их вводят в жидкий металл, образуются тугоплавкие химические соединения- готовые центры кристаллизации) (подобно образованию жемчуга из песчинки).

В качестве модификаторов часто используют .

Для того чтобы металл стал модификатором необходимо размерное и структурное соответствие кристаллических решеток модификатора и металла, в который он вводится. То есть можно выделить два принципа, по которым выбирается модификатор:

Принципы:

1). Одинаковые кристаллические решетки металла и модификатора.

2). Близкий атомный радиус (отличие не более 9%)

2. Поверхностно-активные модификаторы (когда их вводят в жидкий металл, атомы модификатора обволакивают зародыш и уменьшают поверхностное натяжение, тем самым уменьшается и увеличивается число зародышей.

где - разность свободных энергий жидкой и твердой фазы

коэффициент поверхностного натяжения между твердой и жидкой фазой

Пример:

Натрий выполняет роль модификатора, хлор улетучивается.