Кристаллизация металлов. При затвердевании жидкого сплава (кристаллизации) атомы компонентов взаимодействуют друг с другом, образуя различные структуры

При затвердевании жидкого сплава (кристаллизации) атомы компонентов взаимодействуют друг с другом, образуя различные структуры.

Зависимость числа центров (ЧЦ) кристаллизации и скорости роста (СР) кристаллов от степени переохлаждения (скорости охлаждения)

Если жидкость переохладить до температуры, соответствующей точке а, то образуются крупные зерна. При переохлаждении, соответствующем точке в, образуется мелкое зерно, т.к. в этом случае скорость роста кристаллов незначительная, а центров кристаллизации много. Если очень сильно переохладить жидкость (очень быстро охладить) – т.с., то ЧЦ и СР = 0 – жидкость не кристаллизуется. Образуется аморфное тело – металлические стекла (скорость охлаждения не менее 10⁶ К/сек., н-р, для Fe₈₀B₂₀ - s_в=3600 МПа, Е/s_т=50 – значение, близкое к теоретически максимально возможному). Получение – закалка из расплава на поверхность быстро вращающегося диска; расплющивание капли расплава между охлаждаемыми наковальнями и др. – лента, проволока, гранулы, порошки - недостаток – малая толщина.

Для металлов, обладающих малой склонностью к переохлаждению, экспериментально обнаруживаются только восходящие ветви кривых ЧЦ и СР.

Отличие механических свойств крупнозернистой структуры и мелкозернистой, например сталь 40: в крупнозернистом состоянии имеет σв=450 МПа, δ=3%;

в мелкозернистом состоянии σв=600 МПа, δ=20%.

Получение мелкозернистой структуры: быстрое охлаждение, введение в жидкий металл искусственных центров кристаллизации (модификаторов), которые могут уже присутствовать в сплаве в виде естественных примесей - нерастворимых примесей (окислы Al2O3, нитриды, сульфиды и т.д.); при этом центрами кристаллизации могут быть только такие твердые частички, которые близки по размерам атомов и сходству кристаллической решетки.

Искусственные модификаторы: 1) являются дополнительными центрами кристаллизации;

2) поверхностно-активные вещества осаждающиеся на поверхности растущих кристаллов, образуя тонкий слой, который препятствует дальнейшему росту этих кристаллов; металл получается мелкозернистый.