vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязненности (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждени). Рассмотрим переход металла из жидкого

состояния в твердое.При нагреве всех кристаллических тел наблюдается четкая граница перехода из твердого состояния в жидкое. Такая же граница существует при переходе из жидкого состояния в твердое.

Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии.Процесс перехода металла из жидкого состояния в кристаллическое можно изобразить кривыми в координатах время – температура. Кривая охлаждения чистого металла представлена на рис.

Процесс кристаллизации чистого металла: До точки 1 охлаждается металл в жидком состоянии, процесс сопровождается плавным понижением температуры. На участке 1 – 2 идет процесс кристаллизации, сопровождающийся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Оно компенсирует рассеивание теплоты в пространство, и поэтому температура остается постоянной. После окончания кристаллизации в точке 2 температура снова начинает снижаться, металл охлаждается в твердом состоянии.

Механизм и закономерности кристаллизации металлов.

Процесс кристаллизации начинается, как впервые установил Д.К. Чернов, с образованиязародышей (центров кристаллизации) и развивается в процессе роста их числа и размеров. Для начала их роста необходимо уменьшение свободной энергии металла, в противном случае зародыш растворяется.

Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером, а зародыш – устойчивым. Переход из жидкого состояния в кристаллическое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость – кристалл. Процесс кристаллизации будет осуществляться, когда выигрыш от перехода в твердое состояние больше потери энергии на образование поверхности раздела. Зависимость энергии системы от размера зародыша твердой фазы представлена на рис.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения.

Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Образуется мелкозернистая структура. Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера.Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты. Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода.

Так как теплоотвод от незакристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией.

Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией.

Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка. В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15…20 % от длины слитка)

Методы исследования металлов: структурные и физические Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод

исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа.

Типоморфизм минералов, генетическая обусловленность характерных свойств и признаков минералов. Типоморфные свойства и признаки минералов непосредственно характеризуют условия их образования (могут служить геотермометрами и геобарометрами) и особенности минералообразующей среды (вариации щёлочности — кислотности этой среды, парциального давления газов, состава растворов или расплавов и др.). К типоморфным свойствам относят: морфологические особенности выделений минералов (габитус кристаллов, двойники, характер агрегатов и др.); вариации химического состава минерала и содержания в нём изоморфных элементов примесей, а также изотопного состава слагающих его элементов (особенно важны Pb, S, О, С и др.); некоторые физические свойства (плотность, микротвёрдость, отражательная способность, люминесценция, электрические, магнитные и др.); структурные особенности (степень упорядоченности структур минералов, различие в структурах политипов и т. д.).

Наибольший интерес представляют исследования Т. м., образующихся в широком диапазоне температур и давлений и присутствующих в разных стадиях формирования месторождений. Т. м. используют для решения многих практических задач (при оценке степени рудоносности горных пород, поисках рудных месторождений некоторых типов, определении промышленного значения рудопроявлений, при поиске скрытых рудных тел и т. д.). Понятие о Т. м. в современном его значении введено в минералогию А. Е.Ферсманом в 1931.

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

КСЕНОМОРФИЗМ, фомирование кристалла минерала в ограниченном пространстве, где не могут образоваться грани кристалла. Это происходит в минералах позднего образования, содержащихся В МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОДАХ.

14 вопрос:

Образование магматических пород происходит в процессе затвердевания магмы.

Установлено, что при кристаллизации расплавов наблюдаются два случая взаимоотношения минералов и магмы: 1) выделившийся минерал с самого начала и до конца кристаллизации остается неизменным, идет лишь непрерывный рост кристаллов или увеличение их числа. Кристаллизация таких минералов происходит по принципу эвтектики; 2) выделившийся минерал в дальнейшем становится неустойчивым, реагирует с расплавом и изменяет свой состав. Кристаллизация таких минералов либо сопровождается образованием непрерывной серии твердых растворов – происходит непрерывная реакция между кристаллом и расплавом, либо вследствие реакции выделившегося минерала с расплавом возникает новое соединение (новый минерал). Рассмотрим главные типы кристаллизации на примере двухкомпонентных (бинарных) систем. Для построения таких диаграмм кристаллизации на оси абсцисс откладываются составы, а на оси ординат температура. Кривая на диаграмме, отражающая начало кристаллизации и отвечающая составу расплавов, называется ликвидус (жидкий); кривая, обозначающая конец кристаллизации и определяющая состав минералов, называется солидус (твердый). Линии ликвидуса и солидуса делят плоскость диаграммы на отдельные поля, в пределах которых устойчивы определенные фазы (расплав, кристаллы). Положение любой точки в пределах диаграммы определяется составом и температурой и отражает состояние системы – ее фазы и их относительные количества.

Реакционный ряд Н. Л. Боуэна

Существуют соединения, которые при определенных температурах реагируют с расплавом и образуют кристаллы нового состава. Этот вид кристаллизации очень распространен в ряду фемических минералов. Таким способом появляется клиноэнстатит (Mg2Si2O6) в системе форстерит (Mg2SiO4) – кремнезем (SiO2). Кристаллизация расплава начинается с форстерита, который устойчив лишь до определенной температуры, а затем он реагирует с расплавом с образованием кристаллов клиноэнстатита. Кристаллизация природных расплавов происходит в присутствии летучих компонентов при более низких температурах, поэтому вместо клиноэнстатита образуется более низкотемпературный ромбический пироксен. В магматических породах часто встречаются реакционные каемки ромбического пироксена вокруг зерен оливина. Это свидетельствует о незавершенной реакции преобразования оливина в ромбический пироксен. Иногда наблюдаются каемки моноклинного пироксена вокруг ромбического, каймы амфибола на клинопироксене и биотита на амфиболе, то есть каждый последующий минерал может кристаллизоваться вследствие реакции расплава с ранее выделившимся минералом. Изучение реакционных структур реальных горных пород, а также данные экспериментальных исследований кристаллизации силикатных систем позволили Н. Л. Боуэну (1928) представить последовательность выделения главных породообразующих минералов из магмы в виде двух реакционных рядов: прерывного ряда фемических минералов и непрерывного ряда салических минералов (рис. 3). В каждом из рядов вышестоящий минерал, реагируя с расплавом, дает нижестоящий минерал. Каждому члену первого ряда соответствует

Кислый плагиоклаз Рис. 3. Схема реакционного ряда Н. Л. Боуэна. Совместная кристаллизация минералов из двух реакционных рядов протекает с образованием эвтектики, и в этом случае последовательность выделения зависит от состава расплава. Схема Н. Л. Боуэна показывает наиболее возможные парагенезисы минералов в магматических породах (совместное нахождение оливинов, пироксенов и основных плагиоклазов; амфиболов со средними плагиоклазами; биотита с кислыми плагиоклазами, калиевым полевым шпатом и кварцем). Реакционный принцип Н. Л. Боуэна справедлив лишь для пород известково-щелочной серии с нормальной щелочностью и нормальным

отношением магния и железа в фемических минералах. Д. С. Коржинский (1962) и В. С.