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

Рис. 17. Схема роста кристалла прн оСразосанни дву.хмерного зародыша <о) и вокруг Бинтоиой дислокации (б)

случае рост кристалла может протекать даже без образования двумерного зародыша. Например, в расту-ш,ем кристалле всегда имеются дислокационные несовершенства. В месте выхода на поверхность винтовой дислокации имеется ступенька, к которой легко присоединяются атомы, поступающие из жидкости. Поэтому нередко наблюдается спиральный рост кристаллов (рис. 17, б).

Число центров кристаллизации и скорость роста кристаллов. Скорость процесса кристаллизации и строение металла после затвердевания зависят от числа зародьшжй (центров кристаллизации), возникающих в единицу времени в единице объема {1/(мм. • с)], и от скорости роста зародышей, т. е. от скорости увеличения линейных размеров растущего кристалла в единицу времени (мм/с).

Как видно из рис. 18, число зародышей (ч. з.) и скорость их роста (с. р.) при равновесной температуре кристаллизации (J равны нулю, и поэтому процесс кристаллизации не протекает. При увеличении степени переохлаждения они возрастают, достигают при определенной степени переохлаждения максимума, после чего снижаются.

С ростом переохлаждения А/ разность энергий Гиббса AG жидкого и твердого металлов (см. рис. 12) возрастает, что способствует повышению скорости кристаллизации. Однако для образования и роста зародышей требуется диффузионное перемещение атомов в жидком металле. Поэтому при больших степенях переохлаждения (низкая температура) вследствие уменьшения скорости диффузии образование зародышей и их рост затруднены. Как следствие этого, число зародышей и скорость их роста уменьшаются. При очень низких температурах (большой степени переохлаждения) диффузионная подвижность атомов настолько мала, что большая разность энергии Гиббса ЛО ока.зывается недостаточной для образования кристал-

Рнс. 18. Схема зависимости числа зародышей (ч.з) и скорости их роста (г.. р.) от степени переохлаждения

лических зародышей и их роста. В этом случае затвердевание приводит к аморфному состоянию.

Величина зерна. Чем больше центров криста-ллиза-ции (зародышей) и меньше скорость их роста, тем мельче кристалл, выросший из одного зародыша (зерно металла).

Ве.7!ичина зерна может меняться в пределах от 0,4 до 0,001 мм.

При небольшой степени переохлаждения (малой скорости охлаждения) число зародышей мало и скорость роста велика. В этих условиях будет получено крупное зерно. С увеличением степени переохлаждения число зародышей возрастает в большей мере, чем скорость их роста, и размер зерна в затвердевшем металле уменьшается (рис. 18).

Чем больше размер зерна, тем ниже пластичность и прочность металла

Величина зерна зависит не только от степени переохлаждения. На размер зерна влияют температура нагрева и разливки жидкого металла, его химический состав и присутствие в нем посторонних примесей.

Гетерогенное образование зародышей. Образование зародышей в жидком металле по описанному механизму называется самопроизвольным, или спонтанным.

Самопроизвольное зарождение кристаллов в жидком металле затруднительно. Чаще источником образования зародышей являются твердые частицы, которые всегда присутствуют в расплаве. Если примеси имеют кристаллическую решетку, близкую по строению к затвердевающему металлу (так называемые изоморфные примеси), то они играют роль готовых центров кристаллизации. Чем больше примесей, тем бо.7!ьше центров кристаллизации, тем мельче по-лучается зерно. Такое образование зародышей называется гетероген-н ы м.

В некоторых случаях растворенные в жидком металле примеси также могут измельчать зерно и изменять его форму.

Лифищрование. Использование примесей для получе1Ш~14елкЬго зёрна называется модифицированием. При модифицировании в расплавленный металл (сплав) вводят небольшое количество специальных веществ (модификаторов), которые, прак-