Форми кристалічних утворень.

При кристалізації із рідкого розчину можуть виникнути кристалічні утворення різних видів.

У окремих випадках утворюються кристали, що мають правильну геометричну форму. Звичайно ж виходять кристали неправильної форми і їх називають кристалітами(зерна). Частіше за все кристаліт приймає округлу форму. Іноді кристалічні утворення мають гіллясту форму, що нагадує дерево, тому їх називають дендрітами. Дендрітная форма пояснюється наступним: 1) відведення тепла у зливку відбувається швидше в одному напряку; 2) унаслідок анізотропії саме зростання кристала неоднакове у різних напрямах.

Якщо умови затвердіння такі, що простори між осями не можуть заповниться, то форма дендриту зберігається. В осоружному ж випадку виходить зерно (кристаллит). Дендріти часто спостерігаються на поверхні затверділого зливка, де не вистачає рідини, щоб утворився суцільний кристал.

Будова зливку за Черновим:

Знаючи, що відбувається при кристалізації з кожним окремим кристалом, ми можемо уявити, що відбувається із рідким металом в звичних умовах, коли він твердне у зливок. У виробництві сталь заливають у вертикальну металеву форму або ізложніцю з холодними стінками. На підставі робіт Д. Чернова, Мінкевіч запропонував схему утворення макроструктури зливка.

Оскільки зовнішня зона має високу швидкість охолоджування, то метал в ній твердне у вигляді дрібних зерен (1 зона). Ця зона служить тепловою сорочкою при подальшому затвердіванні.

Стінки ізложніци прогріваються і подальше відведення тепла йде поволі. Отже, в 2 зоні утворюються довгі стовбчасті кристали до стінок ізложніци (транскристалізаціона зона). 2 зона має низькі механічні властивості в зоні стику стовбчастих кристалів.

І, нарешті, рідкий метал в серцевині, що залишився, кристалізується при найповільнішій швидкості охолоджування, що створює умови для появи 3 зони рівноосних кристалів випадкової орієнтації.

Поліморфне перетворення у металах.

(перекристалізація)

Отримання дрібного зерна із крупного шляхом нагріву і охолоджування можливе не у всяких металах, а в тих, які випробовують алотропічне перетворення, тобто перехід з одних кристалічних решіток в другі.

Алотропія – це здатність металів існувати в декількох кристалічних формах. Кожний вид решіток є алотропічною видозміною або модифікацією, яку часто називають фазою, а метали, існуючі в декількох модифікаціях, мають свою область температур, при яких вона стійка і при деякій певній температурі ми повинні спостерігати перехід із однієї модифікації в іншу. Це точка переходу аналогічна точці кристалізації, оскільки відповідає певній температурі, супроводжується тепловим ефектом і є моментом переходу в новий стан, тобто утворення нових кристалів із кристалів колишньої модифікації, але на відміну від кристалізації рідини (первинної кристалізації) – це є перекристалізація. Приклади такої перекристалізації зустрічаються в Fe, Sn, Co, Mn і ін. металах.

Прийнято позначати окремі модифікації грецькими буквами α, β, γ, δ і ін.

Розглянемо поліморфне перетворення, що відбувається у Fe, побудувавши криву охолоджування для нього:

Температура переходу з одного стану в інший носить назву критичної точки.

α – Fe – 2,86647

β – Fe – 2,906

γ – Fe – 3,637

δ – Fe – 2,936

При t = 1539° відбувається процес первинної кристалізації, тобто рідкий метал переходить в твердий стан δ –заліза (ОЦК, не магнітна).

При t = 1392° відбувається перекристалізація і δ – Fe γ – Fe (ГЦК, не магнітна), активно розчиняє вуглець до 2,14%.

При t = 910 γ – Fe β – Fe (ОЦК, не магнітна).

При t = 768° β – Fe α – Fe (ОЦК, магнітна і трохи розчиняє вуглець до 0,023%).

Поліморфні перетворення мають місце і в сплавах, але там є особливість. Вони протікають не при постійній температурі, а в певному діапазоні температур.