Кристаллизация протекает

Итак, равновесная кристаллизация происходит без переохлаждения, причем состав кристаллов (и ранее выпавших, и образующихся при данной температуре) одинаков. Это значит, что одновременно с процессом выделения кристаллов протекают диффузионные процессы выравнивания состава жидкой фазы и насыщения ранее выпавших кристаллов до концентраций,, определяемых соответствующими точками на линиях ликвидус и солидус.

и Up растут до максимума, а затем уменьшаются до нуля. При этом кристаллизация происходит лишь после охлаждения жидкого вещества при температуре ниже теоретической температуры плавления — кристаллизации ta.K, а при температуре выше tn,K происходит плавление твердого вещества.

При изготовлении литых заготовок маховиков, шкивов, зубчатых колес возникновение коробления и трещин связано с различной скоростью охлаждения обода, ступицы и спиц. Если обод массивный и охлаждается медленнее спиц, в нем возникают значительные растягивающие напряжения, которые могут привести к потере цилиндрической формы. Если обод тоньше спиц, он кристаллизуется раньше и в спицах вблизи обода могут появиться трещины. Если раньше кристаллизуются спицы, трещина может возникнуть в ободе. Если соотношение сечений обода и спиц выбрано так, что кристаллизация происходит одновременно, а ступица охлаждается медленнее, то трещины могут появиться в спицах около ступицы.

КРИСТАЛЛИЗАТОР — 1) К. в металлургии — двухстенная водоохлаждаемая изложница для ускоренного затвердевания расплавл. металла. Применяется, напр., в установках непрерывной разливки стали, установках электрошлакового переплава, в вакуумных дуговых печах. 2) К. в производстве сахара — аппарат для кристаллизации жёлтого сахара из вязкого продукта — утфеля. Кристаллизация происходит при темп-ре 40 °С и перемешивании в течение 24 ч.

Стеклокристаллические эмали плавят как обычные эмали, однако их расплавы отличаются большой склонностью к кристаллизации и содержат катализаторы кристаллизации (двуокись титана, окись хрома и др.), благодаря которым кристаллизация происходит во всем объеме эмалевого покрытия.

этого метода. На платиновую фольгу наносится слой порошка ВаТЮ3 и фольга на 1—2 мин помещается в небольшую печь, где в малом объеме поддерживается температура 1600—1700° С в атмосфере кислорода или воздуха при нормальном давлении. При плавлении титанат бария хорошо смачивает фольгу и, растекаясь, образует прочную и очень плотную пленку. Фольга в дальнейшем служит одним из электродов. При удалении подложки с расплавленным ВаТЮ3 из рабочей области печи расплав затвердевает. В этих условиях тенденция к образованию монокристалла оказывается у ВаТЮ3 очень большой. На значительной площади пленка представляет собой либо монокристалл, либо совокупность монокристаллических блоков, строго одинаково ориентированных. Наличие дальнего пределя проверялось по рентгенограммам, снятым по методу обратной съемки. Поскольку стехиометрия не нарушена, то кристаллизация происходит в кубической фазе, которая при охлаждении ниже температуры Кюри переходит в тетрагональную сегнетоэлектрическую модификацию. Толщина пленок в зависимости от количества нанесенного порошка может быть от 5—50 мк и более.

Механизм модифицирования ещё не вполне выяснен. Существуют гипотезы, которые можно коротко изложить в следующем виде: 1) натрий адсорбируется на гранях кристалликов кремния и тормозит их рост; 2) модификаторы увеличивают склонность силумина к переохлаждению, поэтому кристаллизация происходит при пониженной температуре, что приводит к измельчению зерна; 3) незначительные количества натрия (не больше 0,01%) переходят в сплав и сдвигают точку эвтектики; 4) модифицирование резко увеличивает вязкость жидкого сплава, что влечёт за собой- увеличение степени переохлаждения и уменьшение скорости кристаллизации.

Исследование влияния количества жидкой фазы в шве на формирование спая на примере пайки низкоуглеродистой электротехнической стали ОЗВД показало, что в среде водорода в боль -ших зазорах (около 0,5—2 мм) кристаллизация в шве происходит с образованием развитой дендритной структуры. При зазорах 0,4—0,3 мм затвердевание идет путем образования и роста крупных ячеистых кристаллов на границе с железом и разветвленных кристаллов в центральной части шва. С уменьшением зазора преобладающей становится ячеистая форма затвердевания. При зазоре 0,05 мм кристаллизация происходит путем образования по

При пайке железа медью с разными зазорами структура, формирующаяся при затвердевании расплава, оказывается при прочих равных условиях различной в малых и больших зазорах. В широких зазорах (0,5—2 мм) кристаллизация происходит с образованием развитой дендритной структуры и имеет характер объемного затвердевания. Содержание железа в осях дендритов достигает 4%, а на периферии падает до 2—2,5 % (массовые доли). Смена форм затвердевания с изменением размера зазора вызывается изменением условий кристаллизации. Согласно существующим представлениям тип кристаллизации сплавов определяется градиентом температуры расплава, а также величиной и протяженностью области концентрационного переохлаждения вблизи фронта кристаллизации. При прочих равных условиях уменьшение зазора, а следовательно, слоя кристаллизующейся жидкости, начиная с определенного момента, приводит к таким изменениям указанных факторов, что дендритная форма кристаллов постепенно уступает место ячеистой, а последняя — преобладающему росту кристаллов с гладкой поверхностью. Окончательная кристаллическая структура металла шва не соответствует первоначальным формам роста кристаллов. Новые границы зерен в шве пересекают в произвольных направлениях дендритные и ячеистые кристаллы. При больших зазорах имеются участки, где «вторичные»- границы совпадают с пограничными зонами первичных дендритов. При малых зазорах структура шва по ширине представляет собой один слой зерен. Возникновение вторичной структуры в литых сплавах связывается с образованием при кристаллизации большого числа дефектов (дислокаций и вакансий), способных перемещаться и группироваться в определенных участках затвердевающего металла.

Кристаллические структуры являются дискретными, организованными, термодинамически стабильными. В отсутствие внешних силовых полей время жизни т -*¦ оо (полиэтилен, полипропилен, полиамиды и др.). Кристаллизация происходит в определенном интервале температур. В обычных условиях полной кристаллизации не происходит и структура получается двухфазной. Кристалличность сообщает полимеру большую жесткость и твердость, а также теплостойкость. При длительном хранении, эксплуатации и переработке надмолекулярные структуры могут претерпевать изменения.

На рис. 4.8 приведено изменение величины е/ при отжиге различных аморфных сплавов при 300°С [6]. Видно, что в сплавах железа -разрушение наступает уже «а ранних стадиях отжига, а в сплавах -палладия, никеля и кобальта даже при е=1 разрушения не происходит. Из сравнения ТТТ-диаграмм, приведенных на рис. 4.9—4.12, можно видеть, что в сплавах FesoPisCyH Fe78SiioB12 кристаллизация происходит уже при -низких температурах и охрупчивание начинается при непродолжительном отжиге [6]. Напротив, ; в сплаве Со<75 Si^ B10 охрупчивание наступает одновременно с образованием фазы MS-I, представляющей собой кристаллы кобальта, а сплав №75 Si8 BIY охрупчивается при выделении фазы MS-II. Эти эффекты могут навести на мысль о том, что только в сплавах на основе железа охрупчивание предшествует кристаллизации1.

Ниже точки равновесия L^A+Ц (1147°С) кристаллизация протекает с образованием цементита, так как кинетически это легче осуществимо. Графит в металле будет вторичным продуктом, он может образоваться в результате распада цементита.

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей свободной энергией или термодинамическим потенциалом F, т. е. когда свободная энергия кристалла меньше жидкой фазы. Если превращение происходит с небольшим изменением объема, то F => Я — TS, где л — полная энергия системы; Т — абсолютная температура; S — энтропия а.

а) кристаллизация протекает в условиях полного перемешивания расплава при ограниченной диффузии в твердую фазу. Концентрационное уплотнение в этих условиях практически отсутствует, а кристаллизация проходит при постоянном увеличении концентрации примеси в расплаве (рис. 12.25, а). Содержание примеси в твердой фазе для этих условий может быть подсчитано как

в) кристаллизация протекает прерывисто вследствие наличия концентрационного уплотнения, выделения скрытой теплоты кристаллизации, а также из-за колебаний параметров режима сварки.

Таким образом, на модельных сплавах, в условиях имитирующих сварку экспериментально и аналитически показано, что кристаллизация протекает периодически. Причиной этого является самоорга-. низующийся процесс, обусловленный выделением скрытой теплоты кристаллизации.

Было обнаружено, что эта поверхность раздела .перпендикулярна направлению, потока тепла, т. е. оси отливки. По мере того как отливку .-медленно вытягивают из, печи вниз, поверхность раздела твердое: ;гтел о— расплав перемещается по отливке вверх до тех пор., пока весь материал не закристаллизуется. Для сплава эвтектического состава кристаллизация протекает согласно реакции1)

В средней части слитка отвод тепла происходит приблизительно равномерно во все стороны. Здесь образуется зона 3 крупных беспорядочно ориентированных кристаллов (кристаллизация протекает при относительно небольших степенях переохлаждения, поэтому кристаллы внутри слитка крупные).

Процесс кристаллизации жидкого металла сварного шва при дуговой и газовой сварке подчиняется общим законам кристаллизации металлов, т. е. протекает путем зарождения центров кристаллизации и роста кристаллов. Специфика кристаллизации металла сварного шва заключается в большой скорости процесса. Скорость охлаждения сварного шва исчисляется обычно десятками и сотнями градусов в секунду. Специфика заключается еще и в том, что кристаллизация протекает на готовых центрах кристаллизации, которыми служат оплавленные кристаллиты основного металла, ограничивающие ванну жидкого металла.

Поверхность сварного шва при электродуговой и газовой сварке имеет характерное чешуйчатое строение, которое связано с прерывистым характером кристаллизации. В начальный момент кристаллизация протекает весьма интенсивно вследствие сильного переохлаждения. Этот процесс сопровождается выделением тепла. Если приток тепла от источника нагрева и от фронта кристаллизации превышает отвод тепла в глубь основного металла, то кристаллизация приостанавливается. Образуется временная граница раздела между твердым и жидким металлом. Чем больше скорость охлаждения, тем резче выражен прерывистый характер кристаллизации. При медленном охлаждении перерывов кристаллизации не получается и слои в наплавленном металле отсутствуют. Швы с малым поперечным сечением охлаждаются резче, и поэтому слоистое строение выражено в них сильнее, чем в швах с большим поперечным сечением.

Металл сварного шва химически неоднороден. Хотя кристаллизация протекает очень быстро, диффузионные процессы, связанные с различной растворимостью углерода и примесей в жидком и твердом металле, успевают развиться, так как высокая температура обусловливает большую диффузионную подвижность атомов.

Переход металла из жидкого состояния в твердое (кристаллическое) называется кристаллизацией. Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей энергией Гиббса {свободной энергией) G, т. е. когда энергия Гиббса кристалла меньше,