Головна

 VIII. ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ. |  Х. неметалічних матеріалів. |  ЛЕКЦІЇ (14 годин). |  САМОСТІЙНА РОБОТА СТУДЕНТІВ |  НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНІ МАТЕРІАЛИ З ДИСЦИПЛІНИ |  ВСТУП |  ІСТОРИЧНИЙ ОГЛЯД ЗАСТОСУВАННЯ МАТЕРІАЛІВ |  КЛАСИФІКАЦІЯ МАТЕРІАЛІВ |  ХІМІЧНІ, ФІЗИЧНІ, МЕХАНИЧЕСКИЕ І ТЕХНОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ |  Аморфність і КРИСТАЛІЧНІ ТІЛА. ЕЛЕМЕНТИ кристалографії |

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛІВ

  1.  I. Будова і властивості металів.
  2.  VIII. ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ.
  3.  Вплив температури на питомий опір металів
  4.  УВАГА! Речі з металів не доступних за рівнем, одягати не будуть !!!
  5.  УВАГА! Речі з металів не доступних за рівнем, одягати не будуть !!!
  6.  УВАГА! Речі з металів не доступних за рівнем, одягати не будуть !!!
  7.  УВАГА! Речі з металів не доступних за рівнем, одягати не будуть !!!

Перехід металу з рідкого стану в тверде (кристалічна) називається кристалізацією. Ще в 1878 р Д. К. Чернов, вивчаючи структуру литої сталі, вказав, що процес кристалізації складається з двох елементарних процесів: 1) зародження найдрібніших частинок кристалів, які Чернов назвав «зачатками», а тепер їх називають зародками або центрами кристалізації; 2) зростання кристалів з цих центрів.

При рівноважної температурі затвердіння, що дорівнює температурі плавлення металу, равновероятно існування і рідкого, і твердого стану, тому, щоб почалася кристалізація, потрібен якийсь переохолодження. Ступінь переохолодження ?T = Тпл - Ткр. При температурах, близьких до Ткр , В рідкому металі через флуктуації щільності утворюються невеликі угруповання, в яких атоми упаковані так само, як в твердих кристалах. З частини таких угруповань утворюються центри кристалізації (ц.к.). Зі збільшенням Т зростає число ц.к., що утворюються в одиницю часу. Навколо утворилися ц.к. починають рости кристали, і триває утворення нових ц.к. Збільшення загальної маси затверділого металу відбувається як за рахунок виникнення нових ц.к., так і за рахунок зростання існуючих.

Утворені при затвердінні зрощені кристали з неправильною зовнішньої огранюванням називаються зернами або кристаллитами.

 Сумарна швидкість кристалізації визначається швидкістю зародження ц.к. (СЗ) і швидкістю росту кристалів з цих центрів (СР). Величини СЗ і СР залежать від Т. При дуже сильному переохолодженні СЗ і СР рівні 0, і рідина не кристалізується, а перетворюється в аморфне тіло. графічно це  виглядає так:


 СР

СЗ

СР СЗ

Тпл Т

Якщо раніше аморфний стан досягалося лише для неметалічних речовин, то в даний час, з використанням спеціальних прийомів, досягається висока швидкість охолодження (більше 106 град / с), і можна отримувати метали в склоподібного (аморфному) стані з особливими фізико-механічними властивостями.

Розглянутий вище спонтанний процес кристалізації вимагає значних ступенів переохолодження, особливо для чистих металів і зустрічається рідко.

В реальних умовах освіту ц.к. полегшується присутністю в розплаві твердих частинок різних домішок, неметалічних включень, стінок посудини і т.д. Вони служать підкладкою, що полегшує утворення зародків.

Використання спеціально вводяться в рідкий метал домішок (модифікаторів) для отримання дрібного зерна називається модифицированием. Ці домішки, практично не змінюючи хімічного складу сплаву (з огляду на незначних кількостей), викликають при кристалізації подрібнення зерна і в підсумку поліпшення механічних властивостей. При введенні в магнієві сплави магнезиту (MgCO3) Зерно зменшується більш, ніж в 10 разів: від 0,2-0,3 до 0,01-0,02мм. Модифікаторами для алюмінієвих сплавів є Ti, V, Zr, для сталі - Al, V, Ti, для чавуну - Mg.

Кристали, що утворюються в процесі затвердіння металу, можуть мати різну форму в залежності від швидкості охолодження, характеру і кількості домішок. При кристалізації реальних злитків і виливків важливу роль відіграє напрямок відводу тепла. Кристалізація починається від стінок форми в напрямку відводу тепла, тобто перпендикулярно до стінки. При цьому утворюються осі І порядку, потім ІІ, потім ІІІ порядку і т.д. В результаті виходить розгалужений деревовидний кристал, званий дендрит.

1.5. ДЕФЕКТИ кристалічних граток

До сих пір, описуючи кристалічну структуру металів, ми брали, що атоми в кристалічних решітках розташовані в строгому порядку, тобто розглядали ідеальний кристал. Насправді ж в реальних кристалах є значна кількість місць, в яких ідеальне розташування атомів порушено, або, як прийнято говорити, в кристалі є значна кількість дефектів. Ці дефекти впливають на властивості металів.

Дефекти в кристалах поділяють за геометричними ознаками на 4 групи: точкові (Нульмерние), лінійні (Одномірні), поверхневі (Двовимірні), об'ємні (Тривимірні).

точкові дефекти. Вони характеризуються малими розмірами у всіх трьох вимірах. Величина їх не перевищує декількох атомних діаметрів. До них відносяться: а) вакансії - Вільні місця в вузлах кристалічної решітки; б) дислоковані атоми - Атоми, що змістилися з вузлів кристалічної решітки в міжвузольні проміжки: в) домішкові атоми у вузлі; г) домішкові атоми в междоузлии.

Число точкових дефектів залежить від температури, виду обробки та ін. При скупченні вакансій можуть утворюватися порожнечі (пори). Наявність вакансій повідомляє атомам рухливість, тому що вакансії можуть переміщатися і, отже, впливати на процес дифузії. Точкові дефекти можуть взаємодіяти один з одним. При зустрічі вакансії і дислокованого атома дефекти взаємно знищуються (анігілюють).

лінійні дефекти (Дислокації). Вони характеризуються малими розмірами в двох вимірах, але мають значну протяжність в третьому вимірі. Розрізняють два основних типи дислокацій - крайову и кручені. Дислокації обох типів утворюються шляхом зрушень окремих ділянок кристала, що призводять до порушення ідеальності кристалічної решітки.

Крайова дислокація являє локалізоване спотворення кристалічної решітки, викликане наявністю у ній «зайвої» напівплощини або екстраплоскості. Гвинтові дислокація так само, як і крайова, утворена неповним зсувом кристала по площині. В цьому випадку кристал можна уявити що складається з однієї атомної площини, закрученої у вигляді гвинтової поверхні. Дислокації можуть взаємодіяти один з одним і з іншими дефектами.

Поверхневі дефекти. Вони мають малу товщину і значні розміри в двох інших вимірах. Зазвичай це місця стику двох разоріентіровать ділянок кристалічної решітки. Ними можуть бути межі зерен, кордони фрагментів всередині зерна, кордони блоків всередині фрагмента.

Зерна повернені відносно один одного на десятки градусів. Ці кордони називають большеугловимі. Фрагменти разоріентіровать відносно один одного від декількох часток до одиниць градусів - малокутових кордону, а блоки повернені по відношенню один до одного на кут від декількох секунд до декількох хвилин. Така структура зерна називається блокової або мозаїчної.

Об'ємні дефекти. Вони мають значну порівняно з атомами протяжність в усіх трьох напрямках кристала. Це пори, тріщини, усадочні раковини і т.п. Тривимірні дефекти утворюються як в процесі кристалізації, так і при фазових перетвореннях, деформації та ін. Процесах. Ці дефекти значно знижують міцність металів.

 



 Поліморфний І МАГНІТНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ |  СПЛАВ. СИСТЕМА. КОМПОНЕНТ. ФАЗА
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати