Опишите условия получения крупнозернистой структуры при самопроизвольно развивающейся кристаллизации (используя теорию Тамманна)

Контрольная работа №1

по Материаловедению

Опишите условия получения крупнозернистой структуры при самопроизвольно развивающейся кристаллизации (используя теорию Тамманна)

Систематическое исследование процесса образования центров кристаллизации и их роста вначале на прозрачных органических веществах, а затем и металлах было проведено Г. Тамманом. Им установлена в общем виде зависимость между числом центров кристаллизации, скоростью роста и степенью переохлаждения. Однако более поздние исследования процессов кристаллизации, особенно исследования А. А. Бочвара, К. П. Бунина и др., показали ограниченное значение схемы Таммана для процесса кристаллизации реальных жидких металлов, поскольку они содержат нерастворенные (взвешенные) частицы, служащие центрами кристаллизации. Все же многие закономерности, установленные Тамманом на основе опытов, нашли качественное подтверждение в последующих работах и оказывайте полезными при анализе процессов кристаллизации.

Исследуя кристаллизацию прозрачных органических веществ при разных температурах, Г. Тамман установил, что число зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста кристаллов определяются степенью переохлаждения. Зависимость число зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста кристаллов от переохлаждения выражается кривой с максимумом. При теоретической температуре кристаллизации (л = 0) значения числа зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста кристаллов равны нулю и процесс кристаллизации идти не может, что находится в полном соответствии с изложенным выше положением о необходимости переохлаждения для протекания процесса. С увеличением переохлаждения значения числа зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста кристаллов возрастают, достигают максимума и затем понижаются; при больших величинах переохлаждения практически падают до нуля.

Увеличение числа зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста кристаллов при малых степенях переохлаждения обусловлено тем, что вблизи равновесной точки (,) подвижность атомов велика и ускорение кристаллизации с увеличением степени переохлаждения вызывается увеличением разности свободных энергий жидкого и кристаллического состояний. Снижение числа зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста при больших степенях переохлаждения вызвано тем, что при больших переохлаждениях и, следовательно, при низких температурах подвижность атомов уменьшена, а тем самым уменьшена и способность системы к превращению. При больших степенях переохлаждения число зарождающихся в единицу времени кристаллов и скорость роста кристаллов становятся равными нулю, так как подвижность атомов уже недостаточна для того, чтобы осуществилась перестройка их из хаотического расположения в жидкости в правильное в кристалле.

Размер образовавшихся кристаллов зависит от соотношения величин скорости роста кристаллов и числа зарождающихся в единицу времени кристаллов при температуре кристаллизации, при данной степени переохлажден. При большом значении скорости роста кристаллизации и малом значении числа зарождающихся в единицу времени кристаллов, образуются немногочисленные крупные кристаллы; при малых значениях скорости роста кристаллов и больших числа зарождающихся в единицу времени кристаллов (большое переохлаждение) образуете большое число мелких кристаллов. Наконец, в соответствии с кривыми Таммана если удается очень сильно переохладить жидкость без кристаллизации, то скорость роста кристаллов и числа зарождающихся в единицу времени кристаллов становятся равными нулю, жидкость сохраняется непревращенной, незакристаллизовавшейся. Соли, силикаты, органические вещества весьма склонны к переохлаждению. Для металлов же требуется переохладить жидкость до температуры, когда подвижность атомов станет мала и такое состояние окажется достаточно устойчивым.

Рис.1 Кинетическая кривая кристаллизации.

Рис.2 Скорость роста кристаллов и скорость зарождения центров кристаллизации в зависимости от степени переохлаждения.

Вычертите диаграмму состояния системы свинец-олово. Опишите взаимодействие компонентов в жидком и твердом состояниях, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы состояния и объясните характер изменения свойств сплавов в данной системе с помощью правила Курнакова

А

Линия АСВ является линией ликвидус (начало кристаллизации), линия DСЕ линией солидус (конец кристаллизяции). На линии АС начинают (при охлаждении) выделяться кристаллы свинца, а на линии СВ — кристал лы олова.На линии DСЕ из жидкости концентрации 13% одновременно выделяются кристаллы свинца и олова.

Ниже эвтектической горизонтали DCE находятся две фазы – кристаллы свинца и олова. Левее эвтектической концентрации из жидкости выделяются вначале кристаллы свинца, а затем эвтектика. Поэтому структурное состояние доэвтектического сплава можно обозначить через свинец + эвтектика (свинец + олово) и заэвтектического В + эвтектика (свинец + олово).