Основные понятия и законы теории кристаллизации металлов и сплавов

Для начала кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Из кривых, приведённых на рисунке 2 видно, что это возможно только тогда, когда жидкость будет охлаждена ниже точки. Температура, при которой практически начинается кристаллизация, может быть названафактической температурой кристаллизации.

Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением.

Указанные причины обуславливают и то, что обратное превращение из кристаллического состояния в жидкое может произойти только выше температуры; это явление называетсяперенагреванием.

Величиной или степенью переохлажденияназывают разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации.

Рис.3. Кривая Чернова-Таммана.

Структура литого слитка состоит из трёх основных зон. Первая зона – наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов – дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Вторая зона слитка – зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за теплового сопротивления, из-за повышения температуры стенки изложницы и других причин), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинает расти нормально ориентированные к поверхности корки (то есть в направлении отвода тепла) столбчатые кристаллы.

Третья зона слитка – зона равноосных кристаллов. В центре слитка уже нет определённой отдачи тепла. «Температура застывающего металла успевает почти совершенно уравниваться в различных точках и жидкость обращается как бы в кашеобразное состояние, вследствие образования в различных её точках зачатков кристаллов. Далее зачатки разрастаются осями – ветвями по различным направлениям, встречаясь друг с другом» (Чернов Д.К.).

Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, носит название транскристаллизации.

Теория кристаллизации позволяет объяснить переход ряда веществ в стеклообразное состояние. W, что характерно для веществ со сложным строением молекул и кристаллов, или большой величиной энергии активаций Е, которая наблюдается у жидкостей с повышенной вязкостью. При быстром охлаждении подобных жидкостей кристаллические зародыши йе успевают заметно вырасти и вещество переходит в стеклообразное состояние. [ 2 ]

Теория кристаллизации позволяет объяснить переход ряда веществ в стеклообразное состояние. W, что характерно для веществ со сложным строением молекул и кристаллов, или большой величиной энергии активаций Е, которая наблюдается у жидкостей с повышенной вязкостью. При быстром охлаждении подобных жидкостей кристаллические зародыши йе успевают заметно вырасти и вещество переходит в стеклообразное состояние. [ 2 ]