Кристаллизация металлов

Кристаллизация – переход металла (сплава) из жидкого состояния в твердое по мере охлаждения.

Некоторые металлы (например, железо, кобальт) с изменением температуры перестраивают свои кристаллические решетки. Такое явление носит название полиморфизма или аллотропии.

При нагреве до 910ºС железо имеет ОЦК решетку и называется альфа-железом (). В интервале температур от 910ºС до 1390ºС структура кристаллической решетки железа ГЦК и оно называется гамма-железом (). Выше температуры 1390ºС, вплоть до температуры плавления 1536ºС, у железа снова ОЦК решетка.

В процессе кристаллизации при понижении температуры в жидком металле вначале образуются отдельные участки кристаллической решетки – центры кристаллизации, на которых впоследствии и растут кристаллы.

Размер кристалла (зерна) металла сильно влияет на его механические свойства. Вязкость и пластичность металлов тем выше, чем мельче их кристаллические зерна.

Если расплавленный металл остывает медленно, то число зародышей кристаллов не велико, следовательно, формируются структуры из крупных зерен. При повышении скорости охлаждения количество зерен кристаллов возрастает, а их размер уменьшается.

Мелкозернистую структуру кристалла можно получить в процессе модифицирования – искусственного регулирования скоростью кристаллизации добавлением в расплав металла посторонних веществ (модификаторов).

Величина и форма зерен кристалла меняется при механической обработке металлов ковкой, штамповкой, прокаткой, волочением. Металл в результате пластической деформации становится более прочным.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации называют наклепом.

При наклепе зерна кристалла размельчаются и принимают вытянутую форму с ярко выраженной анизотропией.

Нагрев пластически деформированного металла восстанавливает микроструктуру зерен. Этот процесс называют рекристаллизацией.

Процесс кристаллизации металлов описывается кривыми нагрева и охлаждения. Из графиков видно, что чистые металлы плавятся и кристаллизуются при постоянной температуре, поэтому на кривых появляются горизонтальные площадки. С увеличением скорости охлаждения процесс кристаллизации протекает при более низких температурах.