WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → 1.Ливарні сплави. Різновиди, властивості. Контроль і дефекти відливків. 2.Лазерні процеси; ефективність та галузі їх застосування. 3.Процес кристаліза - Реферат

1.Ливарні сплави. Різновиди, властивості. Контроль і дефекти відливків. 2.Лазерні процеси; ефективність та галузі їх застосування. 3.Процес кристаліза - Реферат

енергія змінюється по складному законі по-різному для рідкого і кристалічного станів. Характер зміни вільної енергії рідкого і твердого станів зі зміною температури показаний на мал. 1.
Рис.1. Зміна вільної енергії в залежності від температури
Відповідно до цієї схеми вище температури ТS речовина повинна знаходитися в рідкому стані, а нижче ТS - у твердому.
При температурі рівній ТS рідка і тверда фаза мають однакову енергію, метал в обох станах знаходиться в рівновазі, тому дві фази можуть існувати одночасно нескінченно довго. Температура ТS - рівноважна чи теоретична температура кристалізації.
Для початку процесу кристалізації необхідно, щоб процес був термодинамічно вигідний системі і супроводжувався зменшенням вільної енергії системи. Це можливо при охолодженні рідини нижче температури ТS. Температура, при якій практично починається кристалізація називається фактичною температурою кристалізації.
Охолодження рідини нижче рівноважної температури кристалізації називається переохолодженням, що характеризується ступенем переохолодження ( ):
Ступінь переохолодження залежить від природи металу, від ступеня його забруднення (чим чистіше метал, тим більше ступінь переохолодження), від швидкості охолодження (чим вище швидкість охолодження, тим більша ступінь переохолодження).
Розглянемо перехід металу з рідкого стану у тверде.
При нагріванні всіх кристалічних тіл спостерігається чітка границя переходу з твердого стану в рідке. Така ж границя існує при переході з рідкого стану у тверде.
Кристалізація - це процес утворення ділянок кристалічних ґрат у рідкій фазі і ріст кристалів з центрів, що утворилися.
Кристалізація протікає в умовах, коли система переходить до термодинамічно до більш стійкого стану з мінімумом вільної енергії.
Процес переходу металу з рідкого стану в кристалічне можна зобразити кривими в координатах час - температура. Крива охолодження чистого металу представлена на мал. 2.
Рис.2. Крива охолодження чистого металу
- теоретична температура кристалізації;
. - фактична температура кристалізації.
Процес кристалізації чистого металу:
До точки 1 прохолоджується метал у рідкому стані, процес супроводжується плавним зниженням температури. На ділянці 1 - 2 йде процес кристалізації, що супроводжується виділенням тепла, що називається схованою теплотоюкристалізації. Воно компенсує розсіювання теплоти в простір, і тому температура залишається постійної. Після закінчення кристалізації в точці 2 температура знову починає знижуватися, метал прохолоджується у твердому стані.
При відповідному зниженні температури в рідкому металі починають утворюватися кристалики - центри чи кристалізації зародки. Для початку їхнього росту необхідне зменшення вільної енергії металу, у противному випадку зародок розчиняється.
Мінімальний розмір здатного до росту зародка називається критичним розміром, а зародок - стійким.
Перехід з рідкого стану в кристалічне вимагає витрати енергії на утворення поверхні роздягнула рідина - кристал. Процес кристалізації буде здійснюватися, коли виграш від переходу у твердий стан більше втрати енергії на утворення поверхні роздягнула. Залежність енергії системи від розміру зародка твердої фази представлена на мал. 3.
Зародки з розмірами рівними і великими критичного ростуть зі зменшенням енергії і тому здатні до існування.
Рис.3. Залежність енергії системи від розміру зародка твердої фази
Механізм кристалізації представлений на мал.4.
Рис.4. Модель процесу кристалізації
Центри кристалізації утворяться у вихідній фазі незалежно друг від друга у випадкових місцях. Спочатку кристали мають правильну форму, але в міру зіткнення і зрощення з іншими кристалами форма порушується. Ріст продовжується в напрямках, де є вільний доступ живильної середовища. Після закінчення кристалізації маємо полікристалічне тіло.
Якісна схема процесу кристалізації може бути представлена кількісно кінетичної кривої (мал.5).
Рис. 5. Кінетична крива процесу кристалізації
Процес спочатку прискорюється, поки зіткнення кристалів не починає перешкоджати їхнього росту. Обсяг рідкої фази, у якій утворяться кристали зменшується. Після кристалізації 50 % обсягу металу, швидкість кристалізації буде сповільнюватися.
Таким чином, процес кристалізації складається з утворення центрів кристалізації і рости кристалів з цих центрів.
У свою чергу, число центрів кристалізації (ч.ц.) і швидкість росту кристалів (с.р.) залежать від ступеня переохолодження (мал. 6).
Рис. 6. Залежність числа центрів кристалізації (а) і швидкості росту кристалів (б) від ступеня переохолодження
Розміри кристалів, що утворилися, залежать від співвідношення числа центрів кристалізації, що утворилися, і швидкості росту кристалів при температурі кристалізації.
При рівноважній температурі кристалізації ТS число центрів кристалізації, що утворилися, і швидкість їхнього росту дорівнюють нулю, тому процесу кристалізації не відбувається.
Якщо рідина переохолодити до температури, що відповідає т.а, то утворяться великі зерна (число центрів, що утворилися, невелике, а швидкість росту - велика).
При переохолодженні до температури відповідної т.у - дрібне зерно (утвориться велике число центрів кристалізації, а швидкість їхнього росту невелика).
Якщо метал дуже сильно переохолодити, то число центрів і швидкість росту кристалів дорівнюють нулю, рідина не кристалізується, утвориться аморфне тіло. Для металів, що володіють малою схильністю до переохолодження, експериментально виявляються тільки висхідні галузі кривих.
Використана література
1. Довідник по лазерах, пров. з англ. А.М.Прохорова. Том 1, М.-1978.
2. Звелто О., Принципи лазерів , перев.з англ., М.-1984.
3. Лахтин Ю.М., В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.: Машиностроение , 1990
4. Технологические процессы машиностроительного производства / Под редакцией С.И. Богодухова, В.А Бондаренко. - Оренбург, ОГУ, 1996
5. Промислове застосування лазерів. Під. ред. М.Кебнера. - М.-1988.
6. Фізична енциклопедія / Гол. ред. А.М.Прохоров. - Том 2. - М.-1990.
Loading...

 
 

Цікаве