- •1(1). Определение металлов. Понятие о кристаллических решетках. Структура металлов в твердом, жидком, парообразном состояниях и в виде плазмы.
- •2(2). Электролиз расплавленных солей
- •2(1). Промышленная классификация металлов в элементарном состоянии. Основные виды металлических сплавов.
- •3(1). Представления о природных минералах
- •4(1). Производство металлических материалов методами пиро- и гидрометаллургии
- •4(2). Электролиз водных растворов
- •3(2). Металлотермия
- •5(1). Классификация металлургических технологий
- •6(1). Применение химической термодинамики и кинетики в теории металлургических процессов
- •6(2). Автоклавное восстановление металлов из растворов газами
- •5(2). Цементация
- •7(1). Гомогенные и гетерогенные металлургические системы
- •8(1). Явление массопереноса. Молекулярная и конвективная диффузия
- •8(2). Характеристика и структура металлургических предприятий интегрированного типа (с полным циклом), мини- и микрозаводов.
- •7(2). Металлургические производственные комплексы. Их место в народном хозяйстве.
- •9(1). Представление об энергии активации
- •10(1). Поверхностные явления
- •10(2). Общая схема доменной плавки
- •9(2). Подготовка железорудного сырья к плавке
- •11(1). Основы теории горения топлива
- •12(1). Металлические и шлаковые расплавы металлургических систем, их характеристики и физико-химические свойства
- •12(2). Кислородно-конвертерный процесс
- •11(2). Внедоменные способы получения железа (бескоксовая металлургия)
- •13(1). Строение жидких металлических и шлаковых расплавов, поведение в них примесей
- •14(1). Диаграмма состояния «железо-углерод»
- •14(2). Электросталеплавильное производство
- •13(2). Мартеновский процесс
- •15(1). Физико-химические процессы, протекающие при кристаллизации металлических расплавов
- •16(1). Термодинамические и кинетические закономерности зарождения твердой фазы в расплаве
- •16(2). Внеагрегатная обработка стали (внепечное рафинирование)
- •15(2). Специальная электрометаллургия
- •17(1). Усадочные явления при кристаллизации металлических расплавов
- •18(1). Дендритная и зональная ликвация. Химическая и физическая неоднородность слитка
- •18(2). Классификация и маркировка стали
- •17(2). Десульфурация, дефосфорация, раскисление и легирование стали
- •19(1). Структурные превращения при охлаждении металлов и сплавов в твердом состоянии. Представления о термической обработке металлов и сплавов.
- •20(1). Общие сведения о железе, чугунах, сталях и сплавах
- •20(2). Разливка стали в изложницы и на машинах непрерывного литья заготовок (мнлз)
- •19(2). Современные способы разливки стали
- •21(1). Основные виды металлопродукции из черных металлов
- •22(2). Обработка металлов давлением
- •21(2). Газы и неметаллические включения в стали
- •23(1). Оценка запасов месторождений железорудного сырья
- •24(1). Характеристика железных руд
- •24(2). Основные тенденции и перспективы развития прокатного производства
- •23(2). Основные тенденции и перспективы развития доменного производства и бескоксовой металлургии
- •25(1). Топливо и флюсы металлургического назначения
- •25(2). Основные тенденции и перспективы развития сталеплавильного производства
16(1). Термодинамические и кинетические закономерности зарождения твердой фазы в расплаве
При охлаждении металла, разлитого в изложницы, кристаллизатор или форму, наступает момент, когда температура жидкого металла снижается до температуры его плавления. При этом создаются условия, необходимые для кристаллизации металла. Характер влияния изменения температуры на изменение свободной энергии жидкого и твердого металла различен. При дальнейшем понижении температуры свободная энергия упорядоченного твердого тела становится ниже, чем жидкости. Соответственно термодинамически более стабильной становится твердая фаза.
Процесс кристаллизации состоит из двух элементарных процессов. Первый процесс заключается в зарождении мельчайших частиц кристаллов (их называют зародышами, или центрами кристаллизации). Второй процесс состоит в росте кристаллов из этих центров.
Скорость всего процесса кристаллизации количественно определяется двумя величинами: скоростью зарождения центров кристаллизации и скоростью роста кристаллов.
Число зарождающихся в единицу времени кристаллов – число центров кристаллизации, возникших в 1 мм3 за одну секунду (ч.ц.). Скорость роста кристаллов (с. к.) есть скорость увеличения линейных размеров кристалла, выраженная в миллиметрах в единицу времени.
Исследуя кристаллизацию при разных температурах, Г.Тамман установил, что ч. ц. и с. к. определяются степенью переохлаждения. При теоретической температуре кристаллизации (n = 0) значения с. к. и ч. ц. равны нулю и процесс кристаллизации идти не может.
Размер образовавшихся кристаллов зависит от соотношения величин с. к. и ч. ц. при температуре кристаллизации, при данной степени переохлаждения. При большом значении с.к. и малом значении ч.ц. (например, при малых степенях переохлаждения), образуются немногочисленные крупные кристаллы; при малых значениях с. к. и больших ч. ц. (большое переохлаждение) образуется большое число мелких кристаллов.
Не только в жидких расплавах, но и при превращении в твердом состоянии новая фаза образуется путем зарождения и роста кристаллов; скорость этих процессов зависит от переохлаждения.
Можно отметить, что переход из одного состояния в другое, например из жидкого в твердое, возможен тогда, когда твердое состояние более устойчиво, имеет более низкое значение свободной энергии. Но сам переход из одного состояния в другое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость—кристалл.
Превращение произойдет тогда, когда выигрыш в энергии от перехода в более устойчивое состояние будет больше потери энергии, идущей на образование поверхности раздела.
Увеличение размера зарождающегося кристалла вначале приводит к росту свободной энергии (так как объем V мал, а поверхность S относительно велика). Но при некотором критическом значении увеличение размера зародыша приведет к уменьшению свободной энергии ΔФ.