Первичная кристаллизация

Первичная самопроизвольная кристаллизация связана со стремлением вещества иметь более устойчивое состояние, характеризуемое уменьшением свободной энергии Гиббса :

,

где - энтальпия (теплосодержание системы), Дж;

- энтропия (мера хаоса), Дж/К;

- температура, К.

Кристаллизация начинается только тогда, когда свободная энергия кристалла становится меньше свободной энергии жидкой фазы (). Температура , при которой термодинамические потенциалы вещества в твердом и жидком состояниях равны, называется равновесной температурой кристаллизации.

Процесс первичной кристаллизации может протекать только при переохлаждении металла ниже равновесной температуры. Разность между равновесной температурой кристаллизации и реальной температурой кристаллизации носит название степени переохлаждения

.

Из кривых охлаждения чистого металла видно, что чем больше скорость охлаждения, тем большее переохлаждение может быть достигнуто. Горизонтальные участки на кривых охлаждения указывают на выделение скрытой теплоты кристаллизации.

Процесс кристаллизации начинается с образования центров кристаллизации (зародышей) и продолжается в процессе роста их числа и размеров. Для каждой степени переохлаждения всегда имеется некоторый зародыш критического размера. Все зародыши большего размера будут центрами кристаллизации, а зародыши меньшего размера оказываются неустойчивыми и растворяются. Критический размер зародыша

,

где - поверхностное натяжение на границе раздела «жидкость - кристалл».

Вторая стадия кристаллизации заключается в самопроизвольном росте зародившихся кристаллов.

Размер образующегося зерна пропорционален скорости роста зародышей и обратно пропорционален их числу. С увеличением степени переохлаждения скорость образования зародышей возрастает и размер зерна уменьшается.

Скорость охлаждения металла при литье, и, соответственно, размер зерна зависят от материала формы. Так, металлическая форма отводит теплоту в 40 раз интенсивнее, чем песчано – глинистая.

Дата добавления: 2014-01-05