Проведение эксперимента. Капля раствора наносится на стеклянную пластину, которая помещается на предметный столик микроскопа

Капля раствора наносится на стеклянную пластину, которая помещается на предметный столик микроскопа. Передвигая стеклянную пластину с каплей, следует установить край капли на начало шкалы окуляра, совмещая при этом линию шкалы радиусом капли. После настройки начинаем отсчет времени и снимаем показания шкалы с интервалом времени 1 мин. Данные эксперимента записываем в таблицу 1.

Таблица 1

Обработка результатов измерений

Движение фронта кристаллизации

М_х= 0,1 мм/ 20 мм = 0,005

М_τ=1 мин / 10 мм = 0,1 мин/мм

Вывод

Таким образом, кристаллизация состоит из двух процессов. Первый из них заключается в зарождении мельчайших кристаллических частиц, называемых зародышами или центрами кристаллизации, второй – в росте кристаллов из этих центров.

Изменяя степень переохлаждения, можно получить кристаллы (зерна) различной величины. От величины зерен зависят многие свойства металлов. Более предпочтительно мелкозернистое строение.

С течением времени скорость движения фронта кристаллизации снижается, что связано с уменьшением концентрации соли.

Контрольные вопросы и задачи

1. Основными параметрами, характеризующими кристаллическую структуру,являются следующие:

· тип кристаллической решётки;

· пространственная группа;

· параметры элементарной ячейки;

· координаты атомов в ячейке;

· координационные числа всех атомов.

Все вещества могут находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном.Жидкости и твердые тела относят к конденсированному состоянию вещества. В отличие от газообразного состояния у вещества в конденсированном состоянии атомы расположены ближе друг к другу, что приводит к их более сильному взаимодействию и, как следствие этого, жидкости и твердые тела имеют постоянный собственный объем. Остовы в твердом теле совершают малые колебания около своих равновесных положений.

Основные свойства кристаллов: сохраняют форму и объем в отсутствии внешних воздействий, обладает прочностью, строгое расположение частиц, образующих кристаллическую решетку, обладают определенной температурой плавления и анизотропией (различие физических свойств кристалла от выбранного направления).

2. Все вещества могут находиться в четырех агрегатных состояниях: твердом, жидком, газообразным и плазменном. Переход вещества из одного состояния в другое обуславливается тем, что на различных уровнях температуры свободная энергия вещества различная, вещество стремится к наименьшему запасу свободной энергии.

3. Агрегатное состояние зависит от физических условий, в которых находится вещество. Существование у вещества нескольких агрегатных состояний обусловлено различиями в тепловом движении его молекул (атомов) и в их взаимодействии при разных условиях.

4. При температуре равной Т_S жидкая и твердая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура Т_S – равновесная или теоретическая температура кристаллизации.

Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс был термодинамически выгоден системе и сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры Т_S. Температура, при которой практически начинается кристаллизация называется фактической температурой кристаллизации.

5. Скорость процесса кристаллизации зависит от скорости зарождения центров кристаллизации (ч.ц) и скорости роста кристаллов из этих центров (с.к.). Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов определяются степенью переохлаждения. С увеличением степени переохлаждения с.к. и ч.ц. возрастают, достигают максимума при определенной степени переохлаждения, после чего снижаются.

6. Чем больше скорость образования зародышей (ч.з.) и меньше скорость их роста, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшие из зародыша, структура металла будет мелкозернистой.

7. Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получается зерно (гетерогенное образование зародышей). Наличие примесей приводят и уменьшают размер, работы его образования, затвердевание жидкости начинается при меньшем ΔТ, чем при самопроизвольном зарождении.

8. Условия теплоотвода. Если гладкая (первичная) ось дендрита, ориентированная вдоль направления отвода тепла (ось первого порядка), намного длиннее осей, перпендикулярных к ней (оси второго порядка), то дендрит называется столбчатым.

9. Форма зерен, образующихся при кристаллизации, зависит от условий их роста, главным образом от скорости и направления отвода теплоты и температуры жидкого металла, а также от примесей.

10. Первичная структура оказывает непосредственное влияние на многие процессы, определяющие формирование второй структуры и соответственно на свойства стали. Изменение размеров первичных кристаллов и межветвенных расстояний влияют на формирование конечной структуры и свойств изделия.

11. Скорость процесса зависит от степени перенасыщения раствора, температуры, интенсивности перемешивание, содержание примесей и др.

12. Ионные, ковалентные, металлические, молекулярные.

Задача

Две одинаковые детали из алюминиевого сплава (силумина) были отлиты в землю (рис.2.4) и кокиль (рис.2.5).

Рис. 2.4. Рис. 2.5.

Описание:

1. Влияние на величину зерна скорости кристаллизации:Если скорость охлаждения мала, то число возникающих и растущих зародышей невелико и в конце кристаллизации формируются структуры из крупных зерен.

2. Влияние на величину зерна числа центров кристаллизации, зарождающихся в единице объёма в единицу времени: при малой степени переохлаждения, когда скорость образования центров кристаллических центров мала, а скорость их роста велика, размеры кристаллов велики.

3. Модифицирование и его влияние на величину зерна: Модифицирование металлов - это введение в расплавленные металлические сплавы в очень малых количествах (обычно в долях процента) модификаторов - веществ, почти не меняющих хим. состава самого сплава, но способствующих повышению его механических свойств; в качестве модификаторов применяются: магний, ферросилиций, титан, соли натрия и калия и др.

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Казанский Государственный Энергетический Университет

Лабораторная работа №1

Кристаллизация металлов и солей

Выполнил: Калимуллин Р.Р.

Проверила: Гарявина С.А.

Казань 2017