Fizikai természete és mechanizmusa a kristályosodási folyamat
Fizikai természete és mechanizmusa a kristályosodási folyamat
Kristályosítás - a kialakulását kristályrács helyek a folyadékfázisban és a kristálynövekedést a kapott központok.
A kristályosodás játszódik, mikor a rendszer megy a termodinamikailag stabil állapotban minimális szabad energia.
A folyamat a átmenetifém a folyékony-kristály képviseli a görbék a koordináták időben - hőmérséklet. tiszta fém hűtési görbén ábrán látható. 1.
1. ábra. tiszta fém hűtési görbén
- elméleti kristályosodási hőmérséklet;
. - a tényleges hőmérséklet a kristályosítás.
A kristályosítási eljárás tiszta fém:
1 hűtjük, hogy a pont a fém folyékony állapotban, a folyamatot kíséri a fokozatos hőmérséklet-csökkenés. A helyszínen 1 - 2 egy kristályosodási folyamat kíséri felszabadítása hő, amely az úgynevezett látens hőt kristályosodási. Ez kompenzálja a hősugárzást űrbe, és így a hőmérséklet állandó marad. A kristályosodás befejeződése után a 2 hőmérséklet ismét csökkenni kezd, a fém lehűl, hogy a szilárd állapotú.
fémek kristályosítási mechanizmus.
Megfelelően a hőmérséklet csökkentése a folyékony fém kristályok kezdenek - magok, vagy embriók. Hogy megkezdje a növekedés a szabad energia a fém csökkennie kell, különben embrió oldott.
A minimális méret alkalmas embrió növekedése az úgynevezett kritikus méretet. és csíra - ellenálló.
Az átmenet a folyékony kristályos állapotba igényel energiaráfordítás által a kialakulását egy folyadék határfelületen - kristály. A kristályosodási folyamat kerül sor, amikor a nyereség az átmenet a szilárd állapotban nagyobb az energiaveszteség a formáció felületen. A függőség az energetikai rendszer a szilárd fázis embrió mérete ábrán látható. 2.
Az embriókat méretben egyenlőnek, és nagyobb, mint a kritikus növekedés csökkenő energia, és ezért képes a túlélésre.
2. ábra. A függőség az energetikai rendszer a szilárd fázisú embrió mérete
kristályosítási mechanizmus a 3. ábrán látható.
3. ábra. kristályosítási folyamat modell
kristályosítással központok vannak kialakítva a kezdeti fázis egymástól függetlenül változó helyeken. Először is, a kristályok szabályos alakúak, de a ütközése és egyesülése más kristályok képződnek szünetek. Növekedés folytatódik a területeken, ahol van szabad hozzáférést biztosít a hálózati nyomás közegben. A kristályosodás befejeződése után van egy polikristályos test.
A szemléltető kvalitatív diagramot a kristályosodási folyamat leírható kvantitatív kinetikai görbe (ábra. 4).
Ábra. 4. A kristályosítás kinetikai görbe
A folyamat felgyorsult az elején, amíg az ütközés kristályok kezd akadályozza a növekedést. A kötet a folyékony fázis, amelyben a kristályok képződnek csökken. Kristályosítás után 50 térfogat% a fém, a kristályosodási sebesség lelassul.
Így, a kristályosodási folyamat áll a kialakulását a gócképződés és kristálynövekedés ezekből központok.
Másfelől, a számát kristályosodási magok (ch.ts.), és a kristály növekedési ráta (SAR) fokától függ túlhűtés (ábra. 5).
Ábra. 5. függése kristályosodási magok (a), és a kristály növekedési sebessége (b) a mértéke túlhűtés
Méretek képződő kristályok aránytól függ a kapott gócképződési és kristálynövekedési sebesség a kristályosodási hőmérsékletét.
Amikor az egyensúlyi kristályosodási hőmérséklet TS száma a gócképződési helyek képződik, és a növekedési ütem nullával egyenlő, úgy, hogy a kristályosítási folyamat megy végbe.
Ha a folyadék túlhűtött egy megfelelő hőmérséklet TA, a durva szemcsék (- nagyszámú kis pontok képződött, és a növekedési ütem) vannak kialakítva.
Amikor túlhűtött a megfelelő hőmérsékletre TW - kis szemcsék (által alkotott nagy számú nukleációs és a növekedés a kis sebesség).
Ha a fém nagyban túlhűtött, a központok száma, és a kristály növekedési sebessége nulla, a folyadék nem kristályosodik, alakított amorf testet. A fémek, amelyek kis hajlam túlhűtéssei kísérletileg kimutatni csak emelkedő ága a görbék.
Rekristalizatsionny lágyítás (átkristályosítás) - I-hőkezelés az első fajta, ez a folyamat a nukleációs és növesztési új szemcsék nem deformált fém hidegkeményítik melegítés egy bizonyos hőmérséklet.
fűtés a fém az átkristályosodás hőmérséklete kíséri éles változás mikroszerkezet és tulajdonságait. A fűtés következtében drasztikus csökkentését a szilárdság, miközben növeli a képlékenység. Emellett csökkenti az elektromos ellenállás és a hővezetési emelkedik.
Stage 1 - primer átkristályosodás (feldolgozás) az, hogy a nukleációs és növekedési az új egyensúly szemek egy torzítatlan rács. Új szemcsehatárokon fordul elő a régi gabona és blokkok, ahol a grill-t leginkább torzult. Az összeg az új szemcsék fokozatosan nőtt, és a szerkezet nem marad a régi deformált szemek.
A hajtóerő a primer átkristályosodás a tárolt energia a hidegen megmunkált fém. A rendszer hajlamos mozogni, hogy a stabil állapot egy torzítatlan kristályrácsban.
Stage 2 - másodlagos átkristályosítással van kialakítva a növekedést az új gabona.
A hajtóerő a felületi energiája szemek. Amikor finom szemcsék felülete nagy, így van egy nagy felületi energiával. Kibővítik a szemcsék a teljes hossz csökken, és a rendszer bemegy egy egyensúlyi állapot.
A hőmérséklet kapcsolódó rekrisztallizáció Olvadáspont
,
szilárd oldatok
a nagy tisztaságú fémek
Fém tulajdonságai nagyban befolyásolja a szemcseméret, a kapott átkristályosítás. Ennek eredményeként, a formáció a durva szemcsék hevítve a T1 hőmérséklet csökkenni kezd erőt, és különösen jelentősen, plaszticitás a fém.
A fő meghatározó tényezők nagyságát fémszemcsék során átkristályosítással, a hőmérséklet, expozíciós időtartam, és mértéke a fűtési az előzetes törzs (ábra. 6.).
Ábra. 6. Hatás a pre-fokos fém deformáció a szemcseméret átkristályosítás után
A növekvő hőmérséklet, a gabona durvulási növekvő késleltetéssel szemes nagyobb is. A legnagyobb szemcsék képződnek után egy kisebb deformáció ideiglenes 3 ... 10%. Az ilyen deformáció nevezzük kritikus. És az ilyen nemkívánatos deformáció előtt átkristályosító hőkezelés.
Gyakorlatilag újrakristályosító lágyítás végeztük az alacsony széntartalmú acélok hőmérsékleten 600 ... 700 o C-on réz és bronz - 560 ... 700 ° C-alumínium ötvözetek - 350 ... 450 ° C, és a titánötvözetek - 550 ... 750 ° C-on
Átalakítás vas-szén ötvözet
A fázisdiagramja Fe-Fe3 C (7.) Mutatja a fázis összetételét és a konverziós az ötvözetek koncentrációjú tiszta vas cementit.
Átalakítás a vas-szén ötvözet előfordul mind a kristályosítás során (megszilárdulás) a folyékony fázis (F), és a szilárd állapotban.
Ábra. 7. A fázisdiagramja Fe - Fe3 C (egyszerűsített formában és teljes).
Elsődleges kristályosodás előre halad egy hőmérséklet-tartományban határolt-chennyh likvidusz vonalak (ACD) és a szolidusz (AECF).
Másodlagos kristályosodásig alakíthatjuk át valamelyik allotropic módosítása vas a többi, és megváltoztatja a oldhatósága szén ausztenit és ferrit, amely csökkenti a csökkenő hőmérséklettel. Felesleges szén szabadul fel a szilárd oldatok formájában cementit. A ötvözetek a Fe-Fe3 C izoterm transzformációk követően alakulhat:
Az eutektikus vonal ECF (1147 ° C)
Eutektoid transzformációs on line PSK (727 ° C)
Az eutektikus keverék ausztenit és cementit nevezett ledeburite (A), és az elegyet eutektoid cementit és ferrit - perlit (P). Ledebur tartalmaz 4,3% szén. Lehűtés után az alábbiakban ledeburite PSK vonalak hozzá tartozik ausztenit átalakul perlites és normál hőmérsékleten Ledebur keveréke perlit és cementitet és nevezett ledeburite konverziós (A PR). Cementit, hogy a szerkezeti elem egy folytonos mátrixot, amelyben vannak elhelyezve kolónia perlit. Ez a szerkezet ledeburite magyarázza annak nagyobb keménysége (HB 700) és a törékenység.
Perlit tartalmaz 0,8% szén. Attól függően, hogy a részecskék alakja cementit van lemezes és szemcsés. Ez egy szilárd szerkezeti elem keménységű (HB210).
A vonal állapota diagram Fe - Fe3 C
vonal grafikonok képviselnek egy sor kritikus pontok ötvözetek különböző összetételű jellemző átalakulás ilyen ötvözetek a megfelelő hőmérsékleten.
Tekintsük az ábrán vonalak értékét lassú hűtéssel.
ACD - folyási vonal. A vonal fölött, minden folyadékot ötvözetek.
AECF - szoliduszvonal. Az alábbiakban ezt a sort, az összes ötvözet szilárd állapotban.
AS - az ausztenit csapadék kristályai csapódnak ki a folyékony oldatból.
A CD az elsődleges cementit elválasztó vonal.
AE - az ausztenit kristályosodása befejeződött.
Az ECF az eutektikus transzformációs vonal.
GS - meghatározza az ausztenit (910-727 ° C) ferritkivétel kezdetének hőmérsékletét.
GP - meghatározza azt a hőmérsékletet, amelyen a ferrit elválik az ausztenité.
A PSK az eutektoid transzformációs vonal.
ES - másodlagos másodlagos cementit elválasztó vonal.
PQ a tercier cementit felszabadító vonal.
A Fe-Fe3 C állapot diagramjai
A diagramsorok: oszd meg a diagram teljes területét a fázisok egyensúlyi állapotának régiói között. A diagram egyes területei egy bizonyos szerkezeti állapotnak felelnek meg, amelyet az ötvözetekben előforduló transzformációk eredményeképpen alakítottak ki.
I - Folyékony oldat (F).
II-folyékony oldat (G) és ausztenit kristályok (A).
III - Folyékony oldat (G) és cementit primer kristály (CI).
IV - Ausztenit (A) kristályai.
V - Ausztenit (A) és ferrit (Ф) kristályai.
VI - Ferrit kristályok (Ф).
VII - Ausztenit (A) és másodlagos cementit (CII) kristályai.
VIII - Ferritek (F) kristályai és tercier (CIII) cementit.
IX - Ferritek (Ф) és perlit (П) kristályai.
X - Perlit (II) és másodlagos cementit (CII) kristályai.
XI - Ausztenit (A), ledeburit (L) és másodlagos cementit (CII) kristályai.
XII - Perlit (II), másodlagos cementit (CII) és ledeburiit (Lp) kristályai.
XIII-kristályok a ledeburiit és a cementit primer (CI).
XIV - Primer (CI) perlit (II) és ledeburiit (Lp) cementitikus kristályai.
Ebben az esetben, ha az ausztenit lehűl, csak egy kritikus pont van. 727 ° C-os hőmérsékletnek felel meg. Ezen a hőmérsékleten az ausztenit egyensúlyban van a ferrittel és a cementittel:
Az S pont (0,8% C) összetételű ausztenit eutektoid dekompozíciója a P pont (0,025% C) ferritébe és a cementit egy bizonyos túlhűtéssel történik, azaz 727 ° C alatti hőmérsékleten. A ferrit és cementit eutektoid keverékét perlitnek nevezik. A ferrit és cementit perlit aránya körülbelül 7,3. 1.
A számlálást a kar szabálya szerint végezzük, némileg az eutektoid vonal alatt:
Szobahőmérsékleten - a ferrit és a perlit összetétele
Ábra. 8. A vas-cementit állapot diagram bal alsó része. Az ötvözetek másodlagos kristályosítása:
a) ábra, b), c), d), e), e) az ötvözetek hűtési görbéi
Kapcsolódó dokumentumok:
ha melegítik és hűtik. 4. lehetőség 1. Ismertesse a kristályosodás fizikai lényegét és mechanizmusát. 2. Miért tartják. Módosítók befolyásolják a folyamat kristályosodását. Adj példákat a módosítási eljárás gyakorlati használatára. 2. Hogyan.
Discipline "Fizikai Anyagtudomány. Kristályosítás A kristályosítási folyamat energiafeltételei. A kristályosítás folyamatának mechanizmusa. Spontán és nem önkristályosodó kristályosítás. az embriók kialakulásának és növekedésének mechanizmusa és mechanizmusa. Essence.
és szűréssel, kondenzációval, kristályosítással és általában az új fázisok kialakulásának folyamatával. határolja ezt a felületet. A felületi feszültség fizikai lényege ebben. El kell gondolni az adszorpciós mechanizmust és az egyes modelleket.
nincs vízszintes terület? Mi a mechanizmus a kristályosodás folyamatában? Milyen szerkezetű fémek. 14. Mi a fizikai lényege az olvadási és kristályosodási folyamatoknak? 15. Mutassa be a módosítás természetét és célját. 16.
mentesítést. A folyamat lényege - hegesztéskor. kristályosodási szakasz. a kristályosítási központok kialakulása. A fizikai tulajdonságok sajátosságai. 3 patron; 4-vezetékes tápegység; 5-6-mechanizmusok függőleges és keresztirányú.