Основные типы диаграмм состояния

Кристаллизация металлов и сплавов.

Металлы и металлические сплавы получают чаще всего путем кристаллизации из жидкого состояния. Методом термического анализа можно построить кривые нагрева или охлаждения металла.

В огнеупорный тигель, содержащий расплавленный металл, погружают термопару, концы которой подсоединяют к гальванометру.

Температуру фиксируют через равные промежутки времени.

Схема термического анализа.

Полученные кривые неодинаковы для аморфного и кристаллического тел. Затвердевание аморфного тела происходит постепенно без явных границ между твердыми и жидкими состояниями.

При превращении тела из жидкого в твердого состояния при t_s (t кристалл.) появляется горизонтальная площадка, которая объясняется выделяющейся скрытой теплотой кристаллизации, которая компенсирует отвод тепла.

При очень медленном охлаждении в системе идет равновесный процесс кристаллизации и при t_s соответствует равновесной (t_р)

При быстром охлаждении температура кристаллизации сдвигается до температуры переохлаждения t_п. Разность температур t_s – t_n – степень переохлаждения.

Сначала процесс кристаллизации протекает быстро, но при взаимном столкновении рост кристаллизации замедляется.

Пока кристаллы окружены жидкостью, они имеют правильную форму. Однако, при столкновении и нарастании их правильная форма нарушается.

При затвердевании границы принимают округлую форму и такие кристаллы называют зернами или кристоллитами.

Процесс кристаллизации металла из жидкости состоит из двух протекающих стадий: образование зародышей (центров крист.) и роста кристаллов.

Центрами крист. являются либо затвердевшие мельчайшие частицы металла, либо частицы примеси.

При небольших степенях переохлаждения, когда скорость роста зародыша велика, а скорость образования зародышей мала, формируются крупнозернистые структуры.

При увел. переохл. скорость образования зародышей увеличивается более интенсивно, чем скорость их роста и образуются более мелкие кристаллы в металле.

При быстром росте кристаллов по 3 направлениям образуются кристаллы древообразной формы, которая называются дендритами. Такая структура характерна для металлических слитков.