Кристалізація металів - студопедія

Процес утворення в металах кристалічної решітки називається кристалізацією. Для вивчення процесу кристалізації будують криві охолодження металів, які показують зміну температури (t) у часі (# 61556;). На рис. 2.2. наведені криві охолодження аморфного і кристалічного речовин. Затвердіння аморфного речовини (а) відбувається поступово, без різко вираженої межі між рідким і твердим станом. На кривій охолодження кристалічної речовини (б) є

горизонтальну ділянку з температурою tкр. званої температурою кристалізації. Наявність цієї ділянки говорить про те, що процес супроводжується виділенням прихованої теплоти кристалізації. Довжина горизонтальної ділянки - це час кристалізації.

Кристалізація металу відбувається поступово. Вона об'єднує два процеси, що відбуваються одночасно: виникнення центрів кристалізації і зростання кристалів. У процесі кристалізації, коли зростаючий кристал оточений рідиною, він має правильну геометричну форму. При зіткненні зростаючих кристалів їх правильна форма порушується.

Після закінчення кристалізації утворюються кристали неправильної форми, які називаються зернами або кристаллитами. Усередині кожного зерна є певна орієнтація кристалічної решітки, що відрізняється від орієнтації решіток сусідніх зерен.

Поліморфізм. Деякі метали, в залежності від температури, можуть існувати в різних кристалічних формах. Це явище називається поліморфізмом або аллотропией, а різні кристалічні форми одного речовини називаються поліморфними модифікаціями. Процес переходу від однієї кристалічної форми до іншої називається поліморфний перетворенням. Поліморфні перетворення протікають при певній температурі. Поліморфні модифікації позначають малими грецькими буквами # 945;, # 946;, # 947;, # 948; і т.д. причому # 945; відповідає модифікації, яка існує при найбільш низькій температурі. Поліморфізм характерний для заліза, олова, кобальту, марганцю, титану і деяких інших металів.

Важливе значення має поліморфізм заліза. На рис. 2.3 зображена крива охолодження заліза. Поліморфні перетворення характеризуються горизонтальними ділянками на кривій охолодження, так як при них відбувається повна перекристалізація металу. До 911 ° С стійко Fe # 945 ;, що має кубічну об'ємно-центровану грати. В інтервалі 911-1392 ° С існує Fе # 947; з кубічної гранецентрированной кристалічною решіткою. При 1392-1539 ° С знову стійко Fе # 945 ;. Часто високотемпературну модифікацію Fe # 945; позначають Fe # 948 ;. Зупинка на кривій охолодження прі768 ° С пов'язана не з поліморфним перетворенням, а зі зміною магнітних властивостей. До 768 ° С залізо магнітно, а вище - немагнітне.

З рідкого розплаву можна виростити монокристал. Їх зазвичай використовують в лабораторіях для вивчення властивостей того чи іншого речовини.

Метали і сплави, отримані в звичайних умовах, складаються з великої кількості кристалів, тобто, мають полікристалічне будова. Ці кристали називаються зернами. Вони мають неправильну форму і по-різному орієнтовані в просторі. Кожне зерно має свою орієнтування кристалічної решітки, відмінну від орієнтування сусідніх зерен, внаслідок чого властивості реальних металів усереднюються, і явища анізотропії не спостерігається

У кристалічній решітці реальних металів є різні дефекти (недосконалості), які порушують зв'язку між атомами і впливають на властивості металів. Розрізняють такі структурні недосконалості:

· Точкові - малі у всіх трьох вимірах;

· Лінійні - малі в двох вимірах і як завгодно протяжні в третьому;

· Поверхневі - малі в одному вимірі.