Кристаллическими решетками

Свойства сплавов зависят от образующейся в процессе кристаллизации структуры. Под структурой понимают наблюдаемое кристаллическое строение сплава. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей — центров кристаллизации. Скорость кристаллизации зависит от скорости зарождения центров кристаллизации и скорости роста кристаллов: чем больше число образующихся зародышей и скорость их роста, тем быстрее протекает процесс кристаллизации. Структура сплава зависит от формы, ориентировки кристаллических решеток в пространстве и скорости кристаллизации,

Процесс кристаллизации, как впервые установил Д, К. Чернов, начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается в процессе роста их числа и размеров.

Поэтому при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии (коэффициента диффузии D) (рис. 22) образование зародышей и их рост затруднены. Вследствие этого, число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов столь мала, что большой выигрыш объемной свободной энергии AF при кристаллизации оказывается недостаточным для образования кристаллических зародышей и их роста (ч. з. = 0, с. р. = 0). В этом случае после затвердения должно быть достигнуто аморфное состояние. Для металлов в обычных условиях 1 реализуются лишь восходящие ветви скорости образования зародышей (ч. з.) и скорости роста (с. р.) (рис. 22 сплошные линии). Металл в этих условиях затвердевает раньше, чем достигаются степени переохлаждения, вызывающие снижение ч. з и с. р. Скорость образования зародышей и линейная скорость роста кристаллов определяют скорость кристаллизации. Средняя скорость изотермической кристаллизации v с увеличением степени переохлаждения, как и ч. з. и с. р. сначала растет, достигает максимума, а затем падает (рис. 22).

Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей и продолжается в процессе роста их числа и размеров.

ного контактного пятна наверняка возникает пересыщение [5]. На границе раздела фаз пар—стенка—жидкость наступает спонтанная кристаллизация, вследствие которой на поверхности нагрева отлагаются торосы мельчайших кристалликов, образующих по форме контактного пятна кольцо накипи (рис.2, а). Существование спонтанной кристаллизации не вызывает сомнений, так как только она может обеспечить столь быстрое образование кристаллических зародышей вокруг контактного пятна, учитывая, что время его существования составляет доли секунды, в то время как индукционный период, обычно предшествующий

1 - самопроизвольное образование кристаллических зародышей;

Процесс кристаллизации, как впервые установил Д. К- Чернов, начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается в процессе роста их числа и размеров.

Чем меньше величина зародыша, тем выше отношение его поверхности к объему, а следовательно, тем большая часть общей энергии приходится на поверхностную энергию х. Изменение энергии Гиббса металла А0обш при образовании кристаллических зародышей в зависимости от их размера R и степени переохлаждения показано на рис. 22, а.

Чем больше скорость образования зародышей и их роста, тем быстрее протекает процесс кристаллизации. При равновесной температуре кристаллизации Г„ число зародышей и скорость роста равны нулю, и поэтому кристаллизация не происходит (рис. 24). При увеличении степени переохлаждения скорость образования зародышей и скорость их роста возрастают, при определенной степени переохлаждения достигают максимума, после чего снижаются. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей, а следовательно, и их число возрастают быстрее, чем скорость роста. Такой характер изменения 43 и СР в зависимости от степени переохлаждения объясняется следующим. С повышением степени переохлаждения разность энергий Г'иббса жидкого и твердого металлов AGV возрастает, что способствует повышению скорости кристаллизации, т. е. скорости образования зародышей и их роста (рис.24). Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение атомов в жидком металле. В связи с этим при больших степенях переохлаждения (низких температурах) вследствие уменьшения скорости диффузии образование зародышей и их рост затруднены. Вследствие этого число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов столь мала, что большой- выигрыш объемной энергии Гиббса при кристаллизации AGy оказывается недостаточным для образования кристаллических зародышей и их роста (43 --- О, СР -- 0). В этом случае после затвердения должно быть достигнуто аморфное состояние.

Г. Тамман установил, что кристаллизация переохлажденной жидкости (органической) обусловливается, главным образом, двумя факторами: 1) способностью к самопроизвольной кристаллизации или так называемой спонтанной способностью, характеризуемой числом кристаллических зародышей, образующихся в единицу времени в единице объема и 2) скоростью кристаллизации, которая характеризуется скоростью роста этих зародышей.

Процесс кристаллизации, как впервые установил Д. К. Чернов, начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается в процессе роста их числа и размеров.

Если у двух металлов с одинаковыми кристаллическими решетками сильно различаются атомные радиусы, то образование твердых растворов между этими металлами сильно искажает кристаллическую решетку, что приводит к накоплению в решетке упругой энергии. Когда это искажение достигает определенной величины, кристаллическая решетка становится неустойчивой и наступает иредел 'растворимости.

1 Исследования последних лет (Л. И. Лысак, Б. И. Николин), показали, что кроме обычного у-^а-превращения, протекающего по атермической или изотермической кинетике (но в обоих случаях приводящих к образованию мартенсита с объемноцентрированной тетрагональной решеткой) возможно в сталях образование мартенситных фаз с другими кристаллическими решетками, а именно: е-мартенеит с гексагональной решеткой; в'-мартенсит с ромбоэдрической структурой; х'-мартенсит с объемноцентрированной тетрагональной решеткой, но отличными чем у а-мартенсита размерами.

1. Компоненты должны обладать одинаковыми по типу (изоморфными) кристаллическими решетками. Только в этом случае при изменении концентрации твердого раствора будет возможен непрерывный переход от кристаллической решетки одного компонента к решетке другого компонента.

Напряжения ' третьего рода возникают в результате многочисленных суб.микродефектов (дислокаций), присущих атомно-кристаллическим решеткам металлов. Вокруг дислокаций образуются1 поля упругих напряжений, которые могут вызвать разрывы межатомных связей, т. е. пластические деформации. К напряжениям третьего рода относятся также напряжения, возникающие на границах фаз, обладающих различными кристаллическими .решетками, например цементит и феррит в сплавах FeC, меднистые, магниевые и железистые фазы в сплавах А1. К ним же можно отнести напряжения, возникающие на границах субзерен (кристаллических блоков) в результате нх разориентировки при термообработке, под действием внешних нагрузок, а также при наклепе.

Основным признаком всех видов сварки давлением (контактная, диффузионная, холодная, трением и др.) является пластическая деформация металла в зоне контакта соединяемых деталей, необходимая для образования сварных соединений. При сварке происходит принудительное образование межатомных связей между кристаллическими решетками соединяемых деталей. Выделяют три основные стадии процесса образования сварного соединения при сварке давлением:

Цй основе энергетического критерия (расчет размерных и ориен-тационных зависимостей энергии межфазных границ при сопряжении плоскостями разных индексов) определены оптимальные ориентаци-онные соотношения, ожидаемые при взаимном наращивании пленок любой пары металлов. Показано, что они отвечают решеткам совпадающих узлов с большой плотностью совпадения и/или хорошему сопряжению плотноупакованных плоскостей на границе (плоскости одного кристалла переходят в плоскости другого, что соответствует совпадению узлов обратных решеток), причем второе предпочтительнее. Это позволяет использовать условие хорошего сопряжения плотноупакованных плоскостей на границе в качестве критерия для определения специальных ориентации, в том числе и для границ между фазами со сложными кристаллическими решетками, для которых расчет энергии весьма затруднителен. Построены графики зависимости минимальной энергии границ от отношения параметров для систем ЩК-ГЦК И ГЦК-ОЦК, позволяющие определить наиболее выгодную ориентацию второго кристалла для заданной ориентации первого.

Если у двух металлов с одинаковыми кристаллическими решетками сильно различаются атомные радиусы, то образование твердых растворов между этими металлами сильно искажает кристаллическую решетку, что приводит к накоплению в решетке упругой энергии. Когда это искажение достигнет определенной величины, кристаллическая решетка становится неустойчивой и наступает предел растворимости.

носливости с протеканием динамического деформационного старения, не может объяснить его наличие у ряда металлических материалов с ГПУ- и ГЦК - кристаллическими решетками.

A. Ферро и Ж.Монталеити не связывают наличие физического предела выносливости с процессами деформационного старения, а считают его природным свойством кристаллической структуры. Они обнаружили наличие физического предела выносливости у чистых металлов с ОЦК-, ГЦК- и ГПУ -кристаллическими решетками.

Кристаллическая структура. К настоящему времени экспериментально доказана высокая пластичность (ф = 80ч-100 %) не только металлов с г. ц. к. структурой (Си, Ag, Аи, Al, Pb, Ni, Pd, Pt, Yb, Th), но и металлов с о. ц. к. структурой (Li, Na, К, V, Mb, Та, Mo, Fe), с п. г. структурой (Zn, Cd, Tl, Ti), тетрагональной (In, Sn), ромбической (Ga). Исключения обусловлены недостаточной чистотой металлов (до нескольких процентов примесей), крупным зерном, воздействием внешней среды и ограниченным числом исследований. Лишь металлы с малосимметричными кристаллическими решетками не обладают достаточной пластичностью. Нет строгой зависимости низкой пластичности от малого параметра решетки металлов. Крупнокристаллическая структура приводит к уменьшению пластичности, но это происходит вследствие более высокой концентрации примесей по границам зерен из-за их меньшей протяженности.

лических решеток как следствие совместного пластического деформирования материалов. При трении деталей машин этот процесс практически мгновенно приводит к резкому изменению условий трения, что может вызывать заедание и отказ данной пары. Как показали исследования А. П. Семенова [179], для возникновения схватывания необходимо преодоление некоторого энергетического порога. Это объясняется тем, что для образования металлических связей между различно ориентированными кристаллическими решетками надо затратить определенное количество энергии для деформации и такой ориентации'решеток, при которой возможно их взаимодействие. Освобождаемая в первичных актах соединения поверхностная энергия воспринимается объемами металла, непосредственно прилегающими к зонам соединения, в виде теплоты и дополнительных искажений кристаллической решетки. Образовавшиеся участки соединения можно рассматривать как двухмерные зародыши полного соединения. Если сумма выделившейся энергии, уже запасенной кристаллической решеткой, достаточна для образования металлических связей в зонах, ' прилегающих к границе зародыша, начнется самовозбуждающийся процесс увеличения площади соединения—своеобразная разветвляющаяся цепная двухмерная реакция.