Розорієнтування зерен і блоків у металі

 

Розміри зерен становлять до 1000 напівтемний. Кути розорієнтування становлять до декількох десятків градусів.

Границя між зернами являє собою тонку в 5 - 10 атомних діаметрів поверхневу зону з максимальним порушенням порядку в розташуванні атомів.

Будова перехідного шару сприяє скупченню в ньому дислокацій. На границях зерен підвищена концентрація домішок, які знижують поверхневу енергію. Однак і усередині зерна ніколи не спостерігається ідеальної будови кристалічної решітки. Є ділянки, розорієнтування один щодо іншого на кілька градусів ( ). Ці ділянки називаються фрагментами. Процес розподілу зерен на фрагменти називається фрагментацією або полігонізацією.

У свою чергу кожний фрагмент складається із блоків, розмірами менш 10 напівтемних, розорієнтованих на кут менш одного градуса ( ). Таку структуру називають блоковою або мозаїчною.

Лекція Кристалізація металів. Методи дослідження металів.

 

 

Будь-яка речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному. Можливий перехід з одного стану в інше, якщо новий стан у нових умовах є більше стійким, має менший запас енергії.

Зі зміною зовнішніх умов вільна енергія змінюється за складним законом по-різному для рідкого й кристалічного станів. Характер зміни вільної енергії рідкого й твердого станів зі зміною температури показаний на мал.

Зміна вільної енергії залежно від температури

 

Відповідно до цієї схеми вище температури Т_S речовина повинне перебувати в рідкому стані, а нижче Т_S – у твердому.

При температурі рівної Т_S рідка й тверда фаза мають однакову енергію, метал в обох станах перебуває в рівновазі, тому дві фази можуть існувати одночасно нескінченно довго. Температура Т_S – рівноважна або теоретична температура кристалізації.

Для початку процесу кристалізації необхідно, щоб процес був термодинамічно вигідний системі й супроводжувався зменшенням вільної енергії системи. Це можливо при охолодженні рідини нижче температури Т_S. Температура, при якій практично починається кристалізація називається фактичною температурою кристалізації.

Охолодження рідини нижче рівноважної температури кристалізації називається переохолодженням, що характеризується ступенем переохолодження ( ):

Ступінь переохолодження залежить від природи металу, від ступеня його забруднення (чим чистіше метал, тим більше ступінь переохолодження), від швидкості охолодження (чим вище швидкість охолодження, тим більше ступінь переохолодженні).

Розглянемо перехід металу з рідкого стану у тверде.

При нагріванні всіх кристалічних тіл спостерігається чітка границя переходу із твердого стану в рідке. Така ж границя існує при переході з рідкого стану у тверде.

Кристалізація – це процес утворення ділянок кристалічної решітки в рідкій фазі й ріст кристалів із центрів, що утворилися.

Кристалізація протікає в умовах, коли система переходить до термодинамічно більш стійкого стану з мінімумом вільної енергії.

Процес переходу металу з рідкого стану в кристалічне можна зобразити кривими в координатах час - температура. Крива охолодження чистого металу представлена на мал. 3.2.

Крива охолодження чистого металу

 - теоретична температура кристалізації;

_. – фактична температура кристалізації.

Процес кристалізації чистого металу:

До крапки 1 прохолоджується метал у рідкому стані, процес супроводжується плавним зниженням температури. На ділянці 1 – 2 іде процес кристалізації, що супроводжується виділенням тепла, що називається схованою теплотою кристалізації. Воно компенсує розсіювання теплоти в простір, і тому температура залишається постійної. Після закінчення кристалізації в крапці 2 температура знову починає знижуватися, метал прохолоджується у твердому стані.