Образования кристаллов

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.

Несомненным является только факт, что эффект всех безреагент-ных методов обусловлен воздействием соответствующего поля или колебаний среды на протекание процесса образования кристаллических осадков. Все безреагентыые методы поэтому не могут дать лучшего эффекта очистки поверхностей нагрева, чем внутрикотловая обработка воды с использованием химических антинакипинов. Соответствующие промышленные опыты УЭМП подтвердили это и пока-

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 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.

Фиг. 27. Схема образования кристаллических зерен (по .В. Розен-гейну).

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).

По мере роста концентрации, соли осаждаемого металла (при сохранении других факторов — температуры, плотности тока — постоянными) скорость образования кристаллических зародышей уменьшается и покрытия становятся более грубозернистыми.

При низких плотностях тока поляризация невелика, что способствует осаждению грубозернистых осадков. По мере увеличения плотности тока скорость образования кристаллических зародышей возрастает и покрытие становится мелкозернистым. При очень больших плотностях тока концентрация ионов металла в прикатод-ном слое резко уменьшается, вследствие чего кристаллы обнаруживают тенденцию к росту в направлении тех слоев раствора, где концентрация этих ионов выше. На покрытии образуются наросты (дендриты). Дальнейшее увеличение плотности тока ведет к образованию пористых и губчатых осадков.

Процесс образования кристаллов путем зарождения центров кристаллизации п их роста можно изучать с помощью рассмотрения моделей (схем), что с успехом применялось И. Л. Мир-киным. Подобная модель кристаллизации представлена на

т. е. в данном сплаве имеется избыток р-фазы по сравнению с тем количеством, которое необходимо для образования «-кристаллов. Поэтому по окончании реакции в избытке остаются р-кристаллы. Следовательно, в структуре будут продукты пери-тектической реакции (т. е. a-кристаллы) и оставшиеся избыточные первичные р-кристаллы. Чем ближе точка 2 лежит к точке Р, тем меньше в реакции остается избыточных р-кристаллов.

Для сплава, отвечающего по концентрации точке Р, соотношение реагирующих при перитектическом превращении жидкости и р-кристаллов таково, что оно как раз достаточно для образования a-кристаллов предельной концентрации.

Образование графита из жидкости или аустенита — медленно протекающий процесс, так как работа образования зародыша графита велика и требуется значительная диффузия атомов углерода для образования кристаллов графита, также необходим и отвод атомов железа от фронта кристаллизации графита.

\ Кристаллизацией называют процесс образования кристаллов. Различают первичную и вторичную кристаллизацию: первичная — образование кристаллов из жидкости в процессе затвердевания металла; вторичная — изменение кристаллического строения металла в твердом состоянии.

Даже у эффективных магниевых сплавов и при благоприятных условиях значения а2 не превышают 0,55—0,65. Причиной большой доли собственной коррозии является выделение водорода, образующегося по катодной параллельной реакции согласно уравнению (7.56), или же развитие свободной коррозии частиц, отделенных от протектора при сильно трещиноватой его поверхности (см. раздел 7.1.1 [2—4, 19— 21]). Магниевые протекторы изготовляют в основном из сплавов. Содержание железа и никеля не должно превышать 0,003 %, так как при этом их свойства ухудшаются. Влияние меди не является однозначным. Верхним пределом ее содержания считается 0,02 %. При добавке марганца железо выпадает из расплава и при затвердевании становится безвредным ввиду образования кристаллов железа с оболочкой из марганца. Кроме того, марганец повышает токоотдачу (выход по току) в хлоридсодержащих средах. Содержание марганца должно быть не менее 0,15 %. Алюминий облегчает удаление вредного железа благодаря выпадению вместе с марганцем. Впрочем, чувствительность к повышенным содержаниям железа (более 0,003 %) в присутствии алюминия заметно повышается. При добавке цинка коррозионное разъедание становится более равномерным, к тому же снижается чувствительность к другим загрязнениям. Важнейшим магниевым протекторным сплавом является сплав AZ 63, который удовлетворяет также и требованиям стандарта военного ведомства США MIL-A-21412 А [22].

Классическая работа Чернова о структуре литой стали в значительной части посвящена анализу процесса кристаллизации металла в ходе его затвердевания и изучению строения стального слитка. Оценивая этот и последующие труды великого металлурга, акад. А. М. Самарин пишет: «Д. К. Чернов является общепризнанным творцом учения о кристаллическом строении литой стали. Ему принадлежит анализ механизма образования кристаллов — дендритов, анализ кинетики процесса кристаллизации. Такие, впервые введенные Д. К. Черновым понятия, как

В докладе, прочитанном 2 декабря 1878 г., Чернов рисует картину затвердевания расплавленной стали. Он рассматривает прежде всего кристаллы, образующиеся на стенках усадочных пустот, и устанавливает связь между ними и кристаллами тела слитка. Специфической особенностью образования кристаллов усадочной раковины является полная свобода их индивидуального роста, тогда как кристаллы общей массы слитка — дендриты — развиваются в условиях непрерывного взаимодействия между собой. «Рассматривая стенки усадочных пустот,— говорил Чернов,— мы замечаем, что они усеяны мелкими кристаллическими ростками, образующими друзы нагроможденных друг на друга стальных ^кристаллов... Рассматривая под микроскопом отдельные кристаллы, ;мы видим, что они принадлежат « разрывным кристаллам, с наибольшим развитием ростков по направлению октаэдрических осей, причем одна из них, по направлению главного роста кристалла, всегда оказывается длиннее двух других, так что каждый разрывной кристалл представляется в виде скелета вытянутого квадратного октаадра. Кроме ростков по направлению октаэдричеаких осей, или ростков первого порядка, по мере удаления от вершины кристалла к его основанию мы встречаем сначала в зачатках, а потом все более и более развитые ростки второго, третьего и т. д.

причиной образования кристаллов мартенсита весьма малых размеров, характерными особенностями которого являются более высокая износостойкость и ряд других ценных качеств.

В гетерогенных условиях образования кристаллов (на примесях в жидкости, на стенках оборудования установки), чтобы сохра-

Использование меченых атомов позволяет установить картину распределения химического элемента или соединения на поверхности металла (сплава), выявить условия роста и образования кристаллов. При помощи авторадиогра-