![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Плавление и кристаллизации чистых металлов.
Все металлы находятся в твердом состоянии до определенной темпе-ратуры. Это значит, что до определенной температуры металл сохраняет свою кристаллическую структуру (решетку), в которой атомы, находящиеся в узлах кристаллической решетки, совершают колебательные движения с опреде-ленной амплитудой и частотой порядка 1013 периодов в секунду. При нагреве амплитуда перемещения атомов в узлах кристаллических решеток увеличи-вается и решетка разрушается. Этот момент и называют плавлением, и ве-щество переходит в жидкое состояние. Поскольку атомы в решетке каждого металла связаны строго определенными силами, на что указывает опреде-ленный параметр каждой кристаллической ячейки, то и энергия, необходи-мая для разрушения решетки, имеет строго определенное значение. Вот почему каждый металл имеет свою строго определенную температуру плав-ления, и эта величина является физической характеристикой металла. При охлаждении жидкого металла избыточная свободная энергия выде-ляется из системы, что приводит к уменьшению количества движения атомов, находящихся в жидкости. Температура, при которой металл переходит из жи-дкого состояния в твердое, называется температурой первичной кристализа-ции. Кроме первичной кристаллизации возможно формирование кристалли-ческой структуры в твердом состоянии — вторичная кристаллизация, что име-ет место при аллотропических превращениях. В отличие от температуры плавления, которая является для каждого металла физической константой, температура кристаллизации его не является величиной постоянной и зависит от скорости охлаждения. Процесс кристаллизации начинается с образования так называемых цент-ров кристаллизации. По мере охлаждения количество центров кристаллизации возрастает. Одновременно происходит рост кристаллов правильной формы на основе ранее образованных центров кристаллизации, так как ничто не мешает их формированию. В дальнейшем кристаллы начинают сталкиваться друг с другом, правильная форма отдельных кристаллов нарушается, и образуется поликристаллическая структура с хаотическим расположением зерен, предста-вляющих собой блоки кристаллов или кристаллитов. Таким образом, при формировании кристаллической структуры необхо-димо рассматривать два фактора — скорость роста количества центров крис-таллизации в единице объема в единицу времени и скорость роста кристаллов. Очевидно, одна и другая величины зависят от скорости охлаждения. С увеличением скорости охлаждения число центров кристаллизации интен-сивно возрастает, что приводит к образованию мелкозернистой структуры с высо-кими механическими свойствами. Это особенно важно для формирования структуры сплавов на основе компонентов, имеющих аллотропические модификации, так как эти процессы идут не только при первичной кристаллизации, а также при прев-ращениях в твердом состоянии (вторичная кристаллизация). В частности известно, что длительное пребывание металла при высоких температурах приводит к резкому увеличению размеров зерна и существенному снижению механических характерис-тик металла. Например, при сварке неоправданное увеличение размеров сварного шва не только не увеличивает прочностные характеристики соединения, а напротив, снижает их за счет перегрева и, следовательно, ухудшения структуры.
|