7. Термодинамика в металловедении. Определение термодинамической системы, равновесного состояния, внутренней энергии.

Системой называется тело (фаза), находящаяся в состоянии равновесия. Все остальные тело - окр. среда.

Взаимодействие сис-сы с окр. средой может быть различно. Обмен теплом, работой, в-вом.

Термодинамическая сис-ма не обменивается с внешней средой в-вом.

Термодинамически расновестным состоянием сис-мы ранзывается состояние, которое может существовать неограниченное время и при этом не поддерживаться каким либо внешним воздействием.

U=F+TS

Согласно 2му законы термодинам. в сис-ме самопроизвольно могут протекать только такие процессы, которые приводят к снижении свободной энергии.

При достижении равновесия свободная энергияминимальна.

8. Правило фаз Гиббса.

С = К - Ф + 2

Позволяет определить число степеней свободы для сис-мы, находящейся в равновесии.

Число степеней свободы - число независимых переменных, при изменении которых не изменяется число фаз, находящихся в равновесии.

Правило фаз: Число СС для термодинам. сис-мы, находящейся в равновесии равно разности между число компонентов и фаз, увеличенной на кол-во внешних параметров (в матведе Р=const, т.е С = К - Ф +1)

Сис-мы, находящиеся как в тв. так и в жид. состоянии могут состоять из нескольких фаз.

9. Cтроение жидкого и твердого металла. Термодинамическое условие кристаллизации. Движущая сила кристаллизации.

Структура кристаллич. фазы харрактизуется наличием дальнего порядка в расположении атомов.

Структура жидкости представляет собой неустойчивый ближний порядок, т.е. постоянно возникают и исчезают конгламираты с правильным расположением.

При Т близких к Ткристаллизации в жид расплаве возникают небольшие группировки, в которых атомы расположены также как и в кристалле. Такие группировки называются фазовыми флуктуациями.

Наиболее крупные из них могут превращаться в зародыши кристаллизации. Зародышами становятся те, размер которых больше некоторого критического размера, зависящего от Т.

r_крит - критический размер зародыша - это min размер зародыша, способного к росту при данных Т условиях.

В-ва с малой плотностью упаковки в тв. сост-е (Si, Bi) при плавлении сжимаются.

В-ва с высокой плотностью упаковки (ГЦК, ОЦК, ГПУ), т.е. все типичные Ме, при кристализации сжимаются.

Термодинамическое условие кристаллизации

Движущая сила кристаллизации

Изменение свободной энергии Ме жид. и тв. сост-и от Т:

G

G_S При Т > Т₀ - стабильная жидкая фаза

∆T G_L При Т < Т₀ - стабильно тв. фаза

При Т = Т₀ - энергия фаз равно G_S = G_L

T₀ T

Стимула к превращению нет, т.е. при Т₀ кристаллиз. никогда не начнется. Для начала кристализ. необходимо некоторое переохлождение

∆T => G_S < G_L

Разница в свободной энергии жид. и тв. фаз является термодинамич. стимулом или движущей силой кристаллизации (∆G)

повышется ∆T => повышается ∆G

10. Количественные характеристики процесса кристаллизации. Назвать механизмы зарождения.

Количественные характеристики процесса кристаллизации.

1) n - число зародышей, возникающих за еиницу времени в еденицу объема [n]=1/(м³/с)

2)C - лин. скорость роста [c]=м/с - скорость продвижения растущей граници кристалла

параметры n и c, отсутствие примесей зависят только от степени переохлождения ∆T.

Конечный размер зерна, при условии одинаковой степени переохлождения по всему объему в-вазависит от соотношения скоростей зарождения и роста.

Механизмы зарождения:

-Самопроизвольный (гомогенный) в объеме жидкости

-Несамопроизвольный (гетерогенный)на готовых поверхностях или на стенках изложницы.