Гетерогенное образование зародышей, Строение металлического слитка, Полиморфные превращения - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Частицы примеси имеют ту же решетку с металлом, что дает когерентность роста. Чем больше примесей, тем больше зерен и меньше их размер. Такой рост называют гетерогенным.

Модифицирование - введение в жидкий ме примесей (модификатор). Модификатор 1-ого порядка - это твердые частицы в центре кристаллизации. Модификаторы 2-ого порядка снижают поверхностное натяжение и уменьшают рост кристаллов.

Строение металлического слитка

Обычно образуются разветвленные (древовидные) кристаллы - дендриты. Дендритное строение характерно для макро - и микроструктуры литого металла (сплава). Дендритная ликвация - внутрикристаллическая химическая неоднородность.

При неравномерном охлаждении у слитка образуются 3 вида кристаллов или 3 зоны:

    1) мелкозернистая 2) удлиненные дендриты (зона столбчатых кристаллов) 3) равноосные дендриты крупных размеров.

Разлитие столбчатых кристаллов для стали нежелательно, т. к. они малопластичные и плохо подвергаются давлению.

Полиморфные превращения

Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах (полиморфных модификациях). В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Модификацию с более низкой температурой обоз-ют: б, более высокой в, затем г и т. д.

Известны полиморфные превращения для металлов:, а также для Са, Li, Те, Na, Cs, Sr, Те, Zr, большего числа редкоземельных металлов и др.

Полиморфное превращение протекает вследствие того, что образование новой модификации сопровождается уменьшением энергии Гиббса. В условиях равновесия полиморфное превращение протекает при постоянной температуре (критическая точка) и сопровождается выделением теплоты, если превращение идет при охлаждении, или поглощением теплоты в случае нагрева (рис. 28, а).

Как и при кристаллизации из жидкой фазы, чтобы полиморфное превращение протекало, нужно некоторое переохлаждение (или перенагрев) относительно равновесной температуры для возникновения разности энергий Гиббса между исходной и образующейся новой модификациями. В твердом металле в отличие от жидкого возможно достижение очень больших степеней переохлаждения. Полиморфное превращение по своему механизму - кристаллизационный процесс, осуществляемый путем образования зародышей и последующего их роста (рис. 28, б).

Рис. 28. Кривая охлаждения металла, имеющего две полиморфные формы - в - с решеткой ГЦК (К12) и

Б - с решеткой ГПУ (Г12):

А - кривая охлаждения;

Б - схема превращения структуры в-модификации в б-модификацию;

    1 - в-модификация; 2 - образование зародышей

Б-модификации в кристаллах

В-модификации;

3 - б-модификация

При полиморфном превращении кристаллы (зерна) новой полиморфной формы растут в результате неупорядоченных, взаимно связанных переходов атомов через границу фаз. Отрываясь от решетки исходной фазы (например, Р), атомы по одиночке или группами присоединяются к решетке новой фазы (а), и, как следствие этого, граница зерна а-модификации передвигается в сторону зерна. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации.

В результате полиморфного превращения образуются новые кристаллические зерна, имеющие другой размер и форму, поэтому такое превращение также называют перекристаллизацией. Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением всех свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплоемкости, теплопроводности, электрической проводимости, магнитных свойств, механических и химических свойств и т. д. В сплавах в зависимости от физико-химического взаимодействия компонентов могут образовываться следующие фазы: жидкие растворы, твердые растворы, химические соединения.

Похожие статьи




Гетерогенное образование зародышей, Строение металлического слитка, Полиморфные превращения - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Предыдущая | Следующая