Московский Государственный Вечерний

Металлургический Институт

(МГВМИ)

Лабораторная работа № 2.

По курсу: Физическое металловедение.

Тема: Изучение процессов кристаллизации и рекристаллизации.

Группа: МО-97

Студент:

Преподаватель: Кузнецова Н. Ю.

Москва 2000 г.

Цель работы: Ознакомление с механизмом кристаллизации металла и формы кристаллических образований, а так же с механизмом рекристаллизации.

Задание:

1. Проследить с помощью биологических микроскопов механизм процесса кристаллизации солей:

К2Cr2O7 – хромпина;

NH4Cl – хлористого аммония;

Pb(NO3)2 – азотного свинца;

1. Зарисовать процесс образования центров кристаллизации и роста кристаллов из выше указанных растворов.

2. Зарисовать и описать изломы слитков сурьмы полученных при различных условиях охлаждения.

3. Зарисовать кристаллы дендритной формы с поверхности слитков и из усадочной раковины.

4. Зарисовка строения стального слитка и явления транс кристаллизации.

5. Изучение процесса рекристаллизации.

Кристаллизация.

Это процесс самопроизвольного перехода, из жидкого состояния в твердое, с образованием кристаллической решетки и появления кристаллов. Процессы кристаллизации протекают в силу того, что новые состояния являются более устойчивыми и обладают меньшим запасом свободной энергии. Та часть внутренней энергии, за счет которой происходит работа при изотермическом процессе: F = U – TS, где

F – свободная энергия;

U – внутренняя энергия;

T – абсолютная температура;

S – энтропия;

Изменение свободной энергии в зависимости от

температуры.

Ts – теоретическая температура кристаллизации, при которой количество образовавшихся центров кристаллизации равно количеству рассасывающихся центров кристаллизации. Выше Ts наиболее устойчивым будет жидкое состояние, ниже Ts твердое состояние. Для того чтобы вызвать процесс кристаллизации жидкость надо переохладить. Температура, при которой практически начинается процесс кристаллизации, называется практической температурой кристаллизации.

Величиной или степенью охлаждения называется разность между теоретической и практической температурой кристаллизации.

Степень переохлаждения зависит от скорости. Чем больше скорость охлаждения, тем больше переохлаждение.

Степень переохлаждения зависит от природы расплава, его "чистоты". Чем выше "чистота" тем выше переохлаждение.

К
ривые охлаждения, процесса кристаллизации.

1. Теоретическая кривая охлаждения.

2. Фактически, процесс кристаллизации, идет с небольшим переохлаждением.

3. Процесс идет с большим переохлаждением (сурьма). Выделяется большое количество тепла.

Любая кристаллизация идет с большим переохлаждением.

Механизм процесса кристаллизации.

Любой процесс кристаллизации состоит из 2х основных процессов.

1. Зарождение мельчайших частиц.

2. Рост кристаллов из этих центров.

Оба процесса происходят одинаково.

Форма кристаллических образований.

Для металлов характерна дендритная форма кристаллов. Когда в жидкости из центра кристаллизации образуется ось первого порядка, затем перпендикулярно к ней оси второго порядка, затем к ним оси третьего порядка и т.д.

Когда жидкости достаточно, то дендриты заполняют все пространство и получается полно граничный кристалл. Если жидкости не достаточно, то между дендритами образуется застывшие места. У застывшего металла дендритное строение образуется в металлической усадочной раковине и на поверхности слитка.

Строение слитка.

Чернов установил, что стальной слиток состоит из 3х основных зон.

1. Мелкозернистая корочка, состоящая из мелких, разно ориентированных, дендритов. Они быстро сталкиваются друг с другом и мешают росту.

2. Зона столбчатых кристаллов. Дендриты растут в направлении отвода тепла, получается столбчатая структура. Если большая температура нагрела, а быстрая температура охладила, то образуется столбчатая структура. Ее образование может идти от одного края к другому и пронизывать всю толщину слитка.

Когда столбчатая структура полностью пронизывает от одного края к другому, то такое явление называется транс кристаллизацией.

1. Зона равноостных различно ориентированных кристаллов.

Явление транскристаллизации.

Кристаллы пронизывают насквозь.

Строение слитка.

NH4Cl K2Cr2O7 Pb(NO3)2

В землю. В изложницу.

Крупная структура, Мелкозернистая структура

Меньшая скорость охлаждения Большая скорость охлаждения

С поверхности слитка. Усадочная раковина.

Рекристаллизация.

Процесс образования новых, равноосных зерен из деформированных называется процессом рекристаллизации.

Каждый металл имеет свою температуру рекристаллизации. Чем "чище" металл тем ниже температура рекристаллизации.

Процесс рекристаллизации заключается в том, что на границах зерен и в других объемах зарождаются кристаллы с исправленной структурой. Этот процесс подобен кристаллизационному процессу, при котором в деформированной структуре происходит непрерывное зарождение центров и рост зерен вокруг них. К зародышам исправленной структуры присоединяются атомы из искаженной решетки окружающий зародыш, происходит рост зерен. На поверхности старого зерна может зародиться несколько новых центров. Этот процесс делиться на два основных процесса:

1. Рекристаллизация обработки – когда вытянутые кристаллы превращаются в мелкие округлые.

2. Собирательная рекристаллизация – когда при высокой температуре происходит рост зерен.

Листовая сталь после Отжиг при 900

холодной прокатки отжига градусов С.

при 650 градусов С.

градусов С

Листовая сталь после Листовая сталь

холодной прокатки и отжига подвергнутая

при 800 градусов С. местной деформац.

и отжига. 650 ^оС