Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103

представляют собой поверхности раздела между отдельными зернами или их блоками (субзернами) поликристаллического металла.

Каждое зерно металла состоит из отдельных субзерен (блоков), образующих так называемую с у б -структуру (рис. П, а). Обычно зерна металла разориентированы на величину от нескольких долей градуса (малоугловые границы) до нескольких градусов или нескольких десятков градусов (высокоугловые границы).

Блоки (субзерна) повернуты один по отношению к другому на угол от нескольких секунд до нескольких минут (малоугловые границы), их размеры на три-четыре порядка меньше размеров кристаллитов (10~°- 10~* см). Если не учитывать точечные несовершенства, то в пределах каждого блока (или субзерна) решетка почти идеальная.

Границы между отдельными кристаллитами (зер-вами) представляют собой переходную область шириной в 5-10 межатомных расстояний, в которой атомы расположены менее правильно, чем в объеме зерна (см, рис. 8). По границам зерен в технических металлах концентрируются примеси, что еще больше нарушает правильный порядок расположения атомов.

Границы блоков (субзерен), а также малоугловые границы зерен образованы дислокациями (см. рис. 8 и 2, в).

В реальном поликристаллическом металле число дислокаций огромно (10~*-10 см").

Глава КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ II И СТРОЕНИЕ

МЕТАЛЛИЧЕСКОГО СЛИТКА

Кристаллизация металлов

Переход металла из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. Она протекает

Кристаллизация \ Плаблениа I

/металл (бу)

Жидкий металл (Gw)

Рис. 12. Изменение энергий Гиббса металла в жидком и твердом

(Gj,J состояниях в зависимости от температуры

Рис, 13. Кривые охлажд ния в случае кристаллизации металла при различных степенях переохла кдення А/.

Гц - равновесная температура кристаллизации (С = С,,)

вследствие перехода к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей энергией Гиббса С* (свободной энергией).

При температуре /п значения G металла в жидком и твердом состояниях равны (рис. 12). Температура соответствует равновесной температуре кристаллизации (нли плавления) данного вещества, при которой обе фазы (жидкая и твердая) могут существовать одновременно. Выше ia более устойчив жидкий металл, имеющий меньшее значение G, а ниже этой температуры устойчив твердый металл.

Процесс кристаллизации развивается, если имеется разность АС (рис. 12).

* Согласно второму закону термодинамики ни один процесс не может самопроизвольно совершаться без уменьшения свободной энергии Гиббса. с повышением температуры оаа уменьшается.

Следовательно, процесс кристаллизации можег протекать лишь при переохлаждении металла ниже ц-Разность между температурой i„ и температурой /„, при которой протекает кристаллизация, называется степенью п е р е о х л а ж д е н и я: Af = - /„.

На рнс. 13 приведены кривые охлаждения, построенные методом термического анализа, которые характеризуют процесс кристаллизации чистых металлов при охлаждении с разной скоростью v. При медленном охлаждении степень переохлаждения невелика, и кристаллизация протекает при телшературе, близкой к равновесной (кривая и,). На кривых охлаждения при температурах кристаллизации отмечаются горизонтальные площадки (остановка в падении температуры), образование которых объясняется выделением скрытой теплоты кристаллизации.

С увеличением скорости охлаждения степень переохлаждения возрастает (кривые v, Vg), н процесс кристаллизации протекает при температурах, лежащих значительно ниже /д. Степень переохлаждения At зависит от природы и чистоты металла; обычно она не превышает 10-30°С. Чем нище-жидкий металл, тем ои более склонен к переохлаждению. При очень больших скоростях охлаждения можно получать «аморфный» металл.

Как впервые установил Д. К- Чернов, процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей (центров кристаллизации) и продолжается при их росте (рис. 14).

Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно,, они могут иметь геометрически относительно правильную форму. При столкновении же растущих кристаллов их правильная форма нарушается. В результате растущие кристаллы, имеющие сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают неправильную внешнюю форму; их называют кристаллитами или зернами.

Самопроизвольное образование зародышевых центров. Явления, протекающие в процессе кристаллизации, сложны и многообразны. В жидком металле атомы расположены не хаотично, как в газообразном состоянии, и в то же время в их расположении нет того порядка, оторый характерен для твердого (кристаллического)