2. Ріст кристалів:

Він продовжується в тих напрямках, де є вільний доступ «живлячої» рідини.

Ріст кристалів відбувається при приєднанні до центру кристалізації групи атомів - двохмірного зародка, одноатомної товщини. Існує теорія кристалізації Тамана, яка полягає у тому, що число зерен, що утворюються, і їх розміри визначаться внутрішніми факторами:

1. числом зародків або центрів кристалізації, які мимовільно виникають в рідині у момент затвердіння в 1 мм³ за 1 сек.

2. Швидкістю росту кожного кристала (лінійне збільшення кристала в одному напрямку в одиницю часу) [мм/сек].

Таманом була встановлена залежність

Приведений графік і показує цю залежність. Ч.з. і с.к. при Тпл близькі до 0 і швидко зростають у міру збільшення переохолодження. При визначеній Т криві досягають max, а потім різко знижуються.

Всі метали схильні до швидкої кристалізації, тому для них не доводиться переходити на спадаючі гілки кривих. Зважаючи на це, тверді метали не зустрічаються в аморфному стані.

Із графіка виходить, що ніж > Т, тим > виникає центрів кристалізації і тим найдрібнішими будуть зерна.

При малій Т₁ маємо порівняно невелике число зародків і швидкість кристалізації. За цих умов зерна встигають вирости, тобто стають крупними.

Залежно від умов кристалізації макроструктура металевих відливань простої форми може бути різна; схематично уявлення про деякі типи структури дані на рис. 3.

Рис. 3

а - стовбчсті зерна; б - дрібні равноосні і стовбчасті зерна; в - дрібні равноосні, стовбчасті зерна і равноосні зерна у центрі; г - равноосні зерна.

Макроструктура зливків, представлених на рисл. 3, а, б, як правило, утворюється у разі сильного перегріву, і швидкого охолоджування. Зона стовбчастих кристалів може заповнити весь об'єм зливка. Цей вид кристалізації називається транскристалізацією. Зливки з такою структурою рідко бувають однорідними, оскільки звичайно центр зливка збагатив різними розчинними і нерозчинними домішками. При гарячіше пластичній деформацій в місцях стику стовбчастих кристалів можуть утворитися тріщини.

Структура, зображена на рис. 3, в, найбільш часто зустрічається при литті сплавів в ізложніцу. Зливток складається із зовнішнього шару дрібних равноосних кристалів (великий ступінь переохолодження при зіткненні розплаву з холодною стінкою), зони стовбчатих кристалів (більш низький ступінь переохолодження) і центральної зони крупних равноосних кристалів, що утворюються в результаті мінімального ступеня переохолодження.

Іноді сплави тверднуть з утворенням структури, зображеної на рис. 3, г, де зливок з однорідними рівноосними кристалами. Звично це найбажаніша структура для зливків і для виробів, одержаних методом лиття. Рівноосні зерна мають випадкову орієнтацію і однакові розміри на всіх напрямках, що сприяє утворенню макроскопічно ізотропного і щодо однорідного по хімічному складу матеріалу.

Для практики важливо одержати в твердому стані метал однорідний по хімічному складу, що не містить значних дефектів і володіючий визначеними, однаковими по всьому об'єму, механічними і фізичними властивостями. Звідси і слідує важливість вивчення процесу кристалізації металів і сплавів залежно від різних умов кристалізації.

Модифікація.

Проте в металі не завжди центри кристалізації виникають мимовільно. Із дослідів виходить, що при первинній кристалізації з рідкого стану в тверду присутність найдрібніших сторонніх частинок дуже сильно впливає на зародження центрів кристалізації. Тому часто вводять штучні центри – нерозчинні механічні замішки (карбіди), що служать як готові підніжки для зростання кристалів. Треба тільки, щоб будова її була схожа із кристалом.

Гетерогенна кристалізація.

Чим більше домішок, тим більше ц.к., тим менше зерно.

Процес кристалізації вивчають за допомогою кривих охолоджування, одержаних шляхом термічного аналізу.

Наявність майданчика пояснюється тепловим ефектом процесу кристалізації. Процес формування решіток супроводжується виділенням так званої прихованої теплоти кристалізації. Це виділене тепло компенсує віддачу тепла в зовнішнє середовище в процесі кристалізації. Майданчик розташовується дещо нижче ТS_, що указує на переохолодження металу.

Це переохолодження деяких металів буває дуже великим (Sb: ТS = 631 °С,

Ткр= 590 °С).

Біля таких металів

п

T_S

етля вказує на те, що утворюється велике число центрів кристалізації і процес зростання кристалів відбувається настільки бурхливо, що температура стрибкоподібно підвищується майже до ТS_. Чим чистіше метал, тим він більш схильний до значного переохолодження.

Аморфні ж тіла тверднуть поступово, оскільки рухливість частинок у них поступово зменшуються.