Теоретические основы металлургического производства
  2.1 Переохлаждение металла

Возможные варианты изменения температуры металла при кристаллизации показаны на рисунке 2.1.

Изменение температуры металла при кристаллизации

Рисунок 2.1 – Изменение температуры металла при кристаллизации

Затвердевание при постоянной температуре может протекать только при очень малой скорости охлаждения. При достаточно высокой скорости охлаждения температура металла первоначально понижается ниже температуры затвердевания, т.е. имеет место так называемое переохлаждение. При достижении определенной величины переохлаждения начинается кристаллизация металла. При этом в результате выделения теплоты кристаллизации температура расплава повышается и дальнейшее затвердевание протекает при неизменной температуре. Переохлаждение может наблюдаться во всем объеме металла или в локальной его области.

Описанный характер изменения температуры объясняется тем, что при возникновении в расплаве зародышей твердой фазы появляется новая межфазная поверхность «жидкий металл – кристалл», на которой действуют силы межфазного натяжения. Изменение энергии системы в результате выделения из расплава сферического зародыша твердой фазы будет равно

При температуре кристаллизации жидкое и твердое состояние вещества энергетически эквивалентны и = 0. Поэтому, когда включения новой фазы образуются в расплаве при температуре кристаллизации, энергия системы увеличивается. Это означает, что такой процесс произвольно протекать не будет.

Устойчивое существование и рост включений твердой фазы становится возможными только по мере дальнейшего охлаждения расплава. В процессе охлаждения увеличивается значение и при определенном переохлаждении возникает ситуация, когда

Начиная с этого момента в расплаве возникают устойчивые зародыши новой фазы и начинается переход металла в твердое состояние. При этом в результате выделения теплоты кристаллизации температура металла повышается и дальнейшее затвердевание протекает при температуре кристаллизации.

Устойчивый рост кристаллов возможен, только если их радиус превышает некоторое критическое значение rкр. Величина rкр уменьшается по мере роста переохлаждения расплава.

  2.1 Переохлаждение металла
РЕКЛАМА НА САЙТЕ

КНИГИ ПО МЕТАЛЛУРГИИ