Вибіркова кристалізація. Концентраційне переохолодження. Дендритна ліквація.

У рідких розчинах у силу неупорядкованого нерівномірного розташування атомів домішок має місце хімічна неоднорідність розплаву в об’ємах порівнянних з міжатомними відстанями – флуктуації. Атоми домішок послабляють чи підсилюють зв'язки між атомами основного металу тобто чи знижують підвищують температуру плавлення сплаву. Якщо атоми підсилюють зв'язки між атомами, то при зниженні температури першими будуть кристалізуватися об’єми максимально збагачені атомами домішок, потім - об’єми, в яких концентрація домішок менша і в останню чергу – об’єми з мінімальною концентрацією домішок. Таким чином, при кристалізації сплавів має місце вибіркова кристалізація. Аналіз діаграми стану (рис. 2.9 ) підтверджує те, що хімічний склад кристалів, що виділилися в першу чергу має велику концентрацію тугоплавкого компоненту ( склад кристалічної фази змінюється по лінії ае¹).

Оскільки кристали литого металу є, найчастіше, дендритами то загальну картину формування зерен твердого розчину в процесі кристалізації сплаву можна представити в такий спосіб. На першому етапі утворення зерна кристалізуються осі першого порядку, що і будуть максимально збагачені тугоплавким компонентом. Концентрація легкоплавкого компонента зростає від осьових до периферійних ділянок дендритних галузей. Коли кристалізація завершується і кристалики приходять у зіткнення, шари , що на межі кристалів виявляються збагаченими легкоплавким компонентом. Швидкість твердофазної дифузії на кілька порядків нижча, ніж швидкість дифузії в рідині і лінійної швидкості кристалізації. Хімічна неоднорідність зерен твердого розчину зберігається , в основному, не тільки до моменту завершення кристалізації, але й у процесі охолодження вже затверділого сплаву. Цю неоднорідність називають внутрішньо кристалічною чи дендритною ліквацією. Така схема кристалізації є принципово вірною і підтверджується результатами мікроскопічних спостережень.

Оскільки перед фронтом кристалізації існує зона з підвищеною концентрацією легкоплавких домішок , то в будь-якій точці її температура ліквідусу вище , тобто рідина в цій зоні переохолоджена. На відміну від звичайного, термічного переохолодження, таке переохолодження називають концентраційним.

Виникнення зони концентраційного переохолодження приводить до того, що плоска форма фронту кристалізації стає не стійкою. Любий виступ, що утворився на поверхні кристалічної фази, попадає в більш сприятливі для росту умови. Рідина, що омиває його, більш переохолоджена, чим рідина перед плоским фронтом кристалізації. В міру росту виступу через відтискування домішок відбувається їхнє нагромадження з бічних сторін і основи виступу. У зв'язку з цим процес твердіння з боку основи виступу затримується, що сприяє виникненню навколо початкового виступу нових опуклостей. Плоский фронт кристалізації перетворюється в систему виступів, що мають вид осередків. У міру того як вершини осередків просуваються в розплав, їх гладкі бічні поверхні, у свою чергу, здобувають рельєф, що складається з осередків. Поступово розвивається дендритна розгалужена структура фронту кристалізації.

У результаті бічного росту домішка накопичується в рідині. Через міжосередкову сегрегацію домішок зрощення сусідніх осередків відбувається при значному зниженні температури. Тому границі осередків у процесі кристалізації приймають форму глибоких і вузьких каналів. Твердіння рідини в цих каналах завершує процес кристалізації. У результаті виявляється, що кристаліт складається із системи блоків-субзерен, розділених границями ,збагаченими легкоплавким компонентом.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Реальна структура, що утворюється при кристалізації сплавів.	\|	Безвибіркова кристалізація. Старіння.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.02 сек.