Порядок выполнения работы

Для наблюдения процесса кристаллизации следует предварительно подготовить бинокулярный микроскоп и препараты.

Для этого на предметное стекло нанести каплю воды, при этом отражательное зеркало микроскопа установить так, чтобы свет падал на объектив микроскопа. Изображение капли воды должно быть четким. Увеличение микроскопа – 10–12 раз.

Опыт 1

Стеклянной палочкой нанести на предметное стекло каплю раствора азотнокислого свинца, подогретого до 50-60°С. Для ускорения процесса кристаллизации следует каплю делать плоской и тонкой.

Наблюдая процесс кристаллизации, зарисовать структуру капли после затвердевания.

Процесс кристаллизации начинается у краев капли с образования мелких зерен, затем перпендикулярно оси растут крупные столбчатые зерна. В центральной зоне образуются беспорядочно ориентированные крупные кристаллы, имеющие формy дендритов.

Данный опыт имитирует строение стального слитка по сечению.

Опыт 2

Подогреть на электроплитке раствор медного купороса до 60°С, поставить на асбестовую подставку, нанести каплю раствора на предметное стекло и, наблюдая в микроскоп, зарисовать процесс кристаллизации.

Повторить то же после охлаждения раствора до 50°C и 40°С. Обратить внимание на то, что количество возникающих кристаллитов и их размер в трех каплях различны. Данный опыт позволяет изучить влияние степени переохлаждения на процесс затвердевания.

Каждой температуре присвоить определенное значение степени переохлаждения (60°С  – ∆Т₁, 50°C – ∆Т₂, 40°С – ∆Т₃). Считать аналогичными величины степени переохлаждения (∆Т) и степени пресыщения раствора.

По результатам исследований написать отчет по работе.

Содержание отчета

Отчет по работе должен включать:

– описание цели и методики проведения исследований;

– кривые зависимости числа зародышей и скорости роста кристаллов от степени переохлаждения с пояснениями к ним;

– перечислить основные факторы, влияющие на размер зерна и на зависимость механических свойств от размера зерна;

– привести описание особенностей структуры затвердевшей капли азотнокислого свинца по сечению (три зоны);

– объяснить различия в протекании процесса кристаллизации капель медного купороса для разных условий опыта; величины ∆Т₁, ∆Т₂, ∆Т₃ нанести на график зависимости числа зародышей и скорости роста кристаллов от степени переохлаждения.

Контрольные вопросы

1. Идеальная кристаллическая решетка.

2. Дефекты кристаллического строения.

3. Что такое ближний порядок?

4. Почему и как происходит изменение строения веществ?

5. От чего зависит и чем характеризуется энергетическое состояние системы?

6. Что такое термодинамический потенциал (свободная энергия) системы?

7. Куда расходуется изменение свободной энергии (термодинамического потенциала)?

8. Как изменяется термодинамический потенциал (свободная энергия) с повышением температуры?

9. Каким термодинамическим потенциалом (свободной энергией) обладает энергетически более устойчивая система?

10. При какой температуре более устойчиво жидкое состояние?

11. Что такое первичная и вторичная кристаллизация?

12. Расскажите, что такое кристаллизация.

13. Объясните, что такое перекристаллизация.

14. С чего начинается процесс кристаллизации?

15. Какую температуру называют фактической температурой кристаллизации?

16. Что такое переохлаждение?

17. Какой металл более склонен к переохлаждению?

18. Что такое перенагревание?

19. Расскажите, что такое фазовая флуктуация.

20. Когда гетерогенные флуктуации превращаются в зародыши? Какой зародыш является устойчивым?

21. Что такое критический зародыш?

22. Объясните, что такое кристаллиты, или зерна.

23. Как влияют на процесс кристаллизации неметаллические включения и вводимые оксиды?

24. Перечислите факторы, от которых зависит скорость процесса кристаллизации.

25. Можно ли регулировать размеры зерен изменением скорости охлаждения?

26. Как можно управлять процессом кристаллизации? Для чего необходимо управлять процессом кристаллизации?

27. Что такое модифицирование?

28. Когда выше пластичность металла?

29. Что общего и в чем отличие процессов кристаллизации чистых металлов и сплавов?

30. Расскажите, что такое сплав.

31. Что может быть компонентом сплавов?

32. Виды сплавов по типу взаимодействия компонентов.

33. Какие системы относятся к однофазным?

34. Диаграмма состояния для сплавов, образующих механические смеси из чистых компонентов.

35. Диаграмма состояния для двойных сплавов, компоненты которой образуют между собой твердые растворы с неограниченной растворимостью.

36. Диаграмма состояния двойных сплавов, компоненты которой образуют между собой твердые растворы с ограниченной растворимостью (случай с эвтектикой).

37. Диаграмма состояния двойных сплавов, компоненты которой образуют между собой твердые растворы с ограниченной растворимостью (случай с перитектикой).

38. Диаграмма состояния двойных сплавов, компоненты которой образуют устойчивое химическое соединение.

39. Диаграмма состояния двойных сплавов, компоненты которой образуют неустойчивое химическое соединение.

Учебное издание

Свидунович Николай Александрович,

Окатова Галина Павловна,

Куис Дмитрий Валерьевич