КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Кристализация метали и сплави

В зависимост от температурата на всяко вещество (система) може да бъде в твърди, течни или газообразни състояния. В физическа система химия е набор от отделни вещества (химични елементи, независими химически съединения), между които или части от които са осигурени с възможност за обмен на енергия, както и дифузионни процеси.

Вещества, които образуват система, наречена компонентите на системата. Компонентите, присъстващи в системата през различни фази.

Фаза нарича хомогенна част от системата, се ограничава до други части на повърхността на системния дял през които свойствата се променят рязко.

Процесът на преход от течно или газообразно състояние да постигне стабилно, при което се образува кристалната решетка и с кристали, наречени кристализация.

Какви сметки за наличието на течност в една температура, а при други температури и твърдо състояние, поради преобразуването се извършва при строго определени температури?

В природата всички трансформации, настъпили спонтанно, и следователно кристализация и топене се дължи на факта, че новата държава в новата среда е енергийно по-стабилен, има по-ниско енергийно съдържание.

състоянието на захранването на системата, която има голям брой частици, обхванати от топлинна движение (атоми, молекули), характеризиращ се с конкретен термодинамична функция (Ф), наречен свободната енергия, която се определя от:

F = U - TS,

където U - вътрешна енергия на системата;

T - абсолютната температура;

S - ентропия

Можем да кажем, че по-свободната енергия на системата, системата е по-малко стабилен, и ако е възможно, системата преминава в състояние, в което свободната енергия е по-малко.

С промяната на външните условия, като температура, свободната енергия на системата варира в сложна право, но е различен за течни и твърди страни (фиг. 3.1).

Фиг. 2.1. безплатна енергия промяната на течни и кристални членки в зависимост от температурата на

Над температурата T S-ниска свободна енергия има едно вещество в течно състояние под T S - вещество в твърдо състояние. Следователно, по-висока Т ите вещество трябва да е в течно състояние и под T S - в твърдо, кристално.

Очевидно е, че при температура T и свободна енергия от твърди и течни членки са равни, металът в двете държави са в равновесие. Тази температура T S е равновесие или teoreticheskayatemperatura кристализация. Въпреки това, когато T и F w = F кр, и процеса на кристализация (MP) не може да отиде, тъй като и двете равенство на свободните енергии фазовите топене (кристализация) са придружени от намаляване на свободната енергия.



За да започнете, трябва да процес на кристализация се термодинамично благоприятни система и е придружено от спад в свободната енергия на системата. Техните криви (Фиг. 3.1) показва, че това е възможно само, когато течността се охлажда под T S точка.

Температурата, при която започва кристализация на практика, може да се нарече действителна температура на кристализация.

Охлаждаща течност под температурата на кристализация се нарича хипотермия.

В обратна трансформация от кристалното състояние на течността над температурата T-те години може да се появи явление, наречено прегряване.

Количеството или степен на хипотермия е разликата между теоретичната и действителната температура на кристализация T = T S - T стр.

Процесът на преход от течния метал до кристално състояние може да бъде представляван от кривите в координатите на времето - (. Фигура 3.2) температура.

Фиг. 2.2. Охлаждане криви, получени чрез кристализация на метал

Охлаждане на метала в течно състояние е придружено от постепенно намаляване на температурата и може да се нарича просто охлаждане, тъй като в този случай не е качествена промяна в състоянието. При достигане на температурата на кристализация на кривата на температурата - време има хоризонтална платформа (Фигура 3.2), като се компенсира от премахването на топлина освобождава по време на кристализация на латентната топлина на кристализация.

2.2. Механизмът на процеса на кристализация

Процесът на кристализация се състои от две основни процеси. Първият метод е произхода на най-малките частици на кристалите, които се наричат ядра или центрове на кристализация. Вторият процес е растеж на кристал от тези центрове.

Модел метал кристализация в първите 7 секунди на охлаждащата верига е представена от процеса на кристализация (фигура 3.3) и кристализация кинетичната крива (Фигура 3.4).

Фиг. 2.3. процес Схема кристализация

Фиг. 2.4. Кинетичната кривата на кристализация

Тъй като кристализацията и включва повече и повече броя на кристали. Следователно, процесът се ускорява в началото, докато в един момент взаимно сблъсък на отглеждане кристали започва да пречи значително на техния растеж. кристален растеж забавя повече и защото количеството течност, при което образуването на нови кристали става по-малък. По време на кристализация, кристал е заобиколена от течност, тя често е с правилна форма, но в сблъсъка и натрупване на кристали на правилната им форма нарушени. Външната форма на кристала е в зависимост от условията на контакт между растящите кристали. Ето защо металните кристали - зърна (с кристали) не разполагат с правилна форма.

всички скорост кристализация количествено определя от две променливи: скоростта на образуване на активни центрове на зародиши и темп на растеж кристал (Фигура 3.5).

Фиг. 2.5. Зависимостта на скоростта на кристализация (SC) и скоростта на образуване на активни центрове (CC) от степента на преохлаждане

Оптималните стойности преохлаждане за постигане на максимална скорост на кристализация (SC) и преди формирането на максималния брой активни центрове (CC) не съвпадат.

Размерът на получените кристали е в зависимост от съотношението на SC и СС. С голяма стойност и малка стойност на UK CC произведени няколко големи кристали. За малки и големи SC CC, голям брой малки кристали.

Размерът на частиците се определя по формулата

N = к Ö SC / CC,

където N - размер на зърно;

K - коефициент на пропорционалност;

UK - скоростта на кристализация;

CC - броят на кристализационни центрове

Минималният размер способността да расте ембриона се нарича критичен размер ядро.

3.3. Аморфно състояние на метал

В съответствие с кривите в зависимост от скоростта на кристализация и скорост на образуване на активни центрове на зародиши на степента на преохлаждане (фиг. 3.5) при много високи скорости на охлаждане от течно състояние (> 10 6 на C / S) дифузионни процеси, така забавя, които потискат образуването на ядра и кристален растеж, течността се съхраняват не трансформира, не кристализира. В този случай, аморфна структура при втвърдяване. Материали с такава структура се наричат аморфни сплави или metallicheskiestekla.

Аморфно състояние осигурява метални материали свойства, които се различават значително от свойствата на съответните материали с кристална структура. Аморфни метални материали успешно съчетават висока якост, твърдост и износоустойчивост, с добра пластичност и устойчивост на корозия. Голямо практическо значение е и възможността за получаване на аморфен метал под формата на лента, диаметър проводник на няколко микрометра, когато леене директно, заобикаляйки скъпи операции като коване, валцоване, изтегляне, междинно отгряване, почистване, ецване.

Втвърдяването да образуват аморфна структура по принцип е възможно за почти всички метали. Понастоящем аморфна структура се получава повече от 20 чисти метали и полупроводникови материали, както и повече от 110 сплави.

Изключително висока скорост на охлаждане, за да се получи аморфна структура може да се получи чрез методи като изтласкване на капките по една студена плоча, центрофугиране капки или джет пръскане газ или течен поток с висок капацитет на охлаждане, и други. Най-ефективните методи за получаване на ленти, подходящи за практическо приложение, смятат охлаждаща течност метал върху външните или вътрешни повърхности на въртящия се барабан, изработени от материали с висока топлопроводимост между студено валцоване на метални ролки, подава струя.

Тънък слой от аморфен метал се получава чрез стапяне на повърхността на изделията с лазерен лъч поради бързото изтегляне на топлина по време на втвърдяване на масата на основния метал.

Металните материали с аморфна структура могат да бъдат получени не само по време на втвърдяването на течността, но също така и от ултрабързи охлаждане на газовата среда (състояние на пара или дейонизирана) електролитно отлагане и разпрашаване с високи скорости.

3.4. Действителната формата на кристалните образувания

Наистина течащ процес кристализация се усложнява от различни фактори:

- Скоростта и посоката на отвеждане на топлината;

- Присъствието на неразтворени частици (зародиши);

- Liquid конвекционни течения.

Посоката на подаване на кристала топлина расте по-бързо, отколкото в другата посока.

В случай на повърхността на отглеждане кристал страна лоб, кристалът получава способността да расте в напречна посока. Резултатът е дървовидна кристал, така наречени дендрити (Фигура 2.6).

Фиг. 2.6. Шофиране дендритите структура: 1, 2 и 3 - ос, съответно на първо, второ и трето ред

Дендритни структура типичен от лят метал. Дендрит е цевта (първата ос пъти), които са клонове (ос на втория и третия ред). Колкото по-бързо се охлаждането на кристализация, толкова по-малък размер (височина), и по-малко от разстоянието между дендритите между клоните на втория ред. Ако условията са благоприятни, бавното изстиване, че може да расте огромни дендрити размер. В конвенционални пръчки, с тегло стотици килограма или повече тона, размерът на дендритите има няколко десетки милиметра и по-малки.

2.5. Подготовка на единични кристали (самостоятелно)

Голяма научна и практическа значимост са единични кристали, които са различни минимални структурни недостатъци. Получаване на единични кристали ни позволява да се изследват свойствата на метали, с изключение на ефекта на границите на зърното.

Единичните кристали могат да бъдат получени чрез създаване на условия за нарастване на кристалите от само един център на кристализация. Има няколко начина, по който се използват този принцип. Най-важните от тях са най-Bridgman и Чохралски методи (фиг. 3.7).

Фиг. 2.7. концепцията на системата за отглеждане на монокристали от - Bridgman метод; б - метода на Czochralski

метод Bridgeman (фигура 3.7) е както следва: метална тигел поставя в конично дъно 3 се нагрява във вертикална тръбна пещ 1 до температура от 50-100 ° С над температурата на топене. След това стопеният метал тигела 2 се отделя бавно от пещта. Охлаждането се случи първо в връх на конуса, и когато са налице първите кристализационни центрове. 4 единичен кристал расте от плода, чиято преференциална растеж посока съвпада с посоката на движение на тигела. Растежът на други ядра се потиска. За непрекъснат растеж на монокристали, необходими за повишаване на тигела от пещта със скорост не по-голяма от скоростта на кристализация на метала.

метод Czochralski (фиг. 3.7b) се състои в изтегляне на единичен кристал от стопилката. За тази цел завършен семената 2 - малка проба отрязани от един кристал колкото е възможно без структурни дефекти. Семената се въвежда в повърхностния слой на течния метал 4 с температура малко над температурата на топене. Равнината на семената в контакт с повърхността на стопилката трябва да има кристалографска ориентация, че е желателно да се получи в нарастващата единичния кристал 3 за най-високите стойности на определени свойства. Семената се поддържа в стопения метал за топене и уравновесяване чрез течно - кристален. След това семената бавно със скорост не по-голяма от скоростта на кристализация ( "1,2 мм / мин), отстранен от стопилката.

Много обещаващ растеж на монокристали в пространство, което съчетава висок вакуум и безтегловност. Единични кристали, отглеждани в космоса, идеални за структурата и разпределението на добавки (примеси), по-добри свойства и значително по-големи по размер.

2.6. Течни кристали (независимо)

Течни кристали - течност с подредена молекулярна структура. Чрез рационализиране молекули те заемат междинно положение между кристалите и конвенционални флуиди с произволно подреждане на молекулите. Течни кристали, са течности, като конвенционален течен но в същото време притежават анизотропни свойства като кристали.

Няколко стотин течни кристали важен сред тях са някои органични вещества, чиито молекули имат продълговата форма.

Според структурата на течни кристали са разделени на три класа (Фигура 3.8.):

- I (нематични);

- II (smectic);

- III (холестеричен).

Фиг. 3.8. Видове течни кристални структури: а - Nematic; б - smectic; в - холестеричен

Ориентировъчна цел в подреждането на молекулите създава анизотропия: индекс на пречупване, диелектрична константа, електрически съпротивление, вискозитет, както и много други свойства са зависими от посоката, по която измерената стойност на, например, успоредно или перпендикулярно на молекулно ос.

Структурата на течния кристал се сменят лесно чрез налягане, електрическо поле, отопление. Това явление дава възможност да управляват своите свойства от слаби влияния и прави течните кристали необходими материали за производството на високо чувствителни показатели.

Способността да се променя оптичните свойства на течните кристали от първи клас и третата класа на кристали под въздействието на електрическо поле и температурни условия, които обикновено се използват в инструмент.

В течния кристал на първи клас там е електро-оптичен ефект на динамично разсейване на светлината.

Течни кристали се използват цветни дисплеи и други устройства цветни. За цветни изображения, смеси от течни кристали с оцветители също са удължени молекула.

На базата на течни кристали произведе медицински термометри, температурни датчици за контрол на прегряването на компоненти и части, невидим инфрачервеното излъчване на видима светлина преобразуватели. В последния случай, абсорбцията на инфрачервени лъчи нагрява течния кристал, така че оцветяването на отразената светлина варира. Течните кристали се използват в модулатори, информация дисплей системи - калкулатори, ръчен часовник, инструментални средства, устройства за отклоняване на светлинния поток, и др.

2.7. Структурата на стоманена лента

Различни комбинации от фактори, които влияят на кристализацията, водят до един вид структура на стоманени блокове.

Типично слитък структура се състои от три основни зони (Фигура 2.9).

Фиг. 2.9. Структурата на съединение на стоманената лента

Първата зона - външната кора на финозърнеста Аз, състояща се от фини кристали дезориентиран - дендрити. В първия контакт със стените на матрицата тънък слой от течен метал в близост остър температурен градиент появява и в резултат на това явлението преохлаждане, което води до образуването на голямо количество зародиши. В резултат на това земната кора получава фина структура.

Втората зона - зоната на колонни кристали II. След образуване на самия кора промяна условия (поради съпротивлението на топлина поради повишената температура на стената на плесен и други причини) радиатора, градиент на температурата в стопения метал съседен слой намалява рязко и следователно степента на преохлаждане намалява стомана. В резултат на малкия брой на кристализационни ядра започват да растат нормално ориентирана към покриване на повърхността (т.е. посоката на отвеждане на топлината) колонни кристали.

Третата зона на слитъка - Полиедрични кристали зона III. В центъра на слитъка не разполага с определена посока на топлинна мощност. втвърдяване температура метал може почти изравни в различни точки, и течността се изтегля, като че ли в състояние на каша, поради образуването на различните му точки на наченки на кристали. Следваща начало растат оси - клоновете в различни посоки, среща помежду си. В резултат на този процес се образува equiaxial структура. ядра са кристални тук обикновено различни малки включвания, присъстващи в стопената стомана или случайно в капана или не се разтварят в течния метал.

Чрез прилагането на различни методи за обработка, можете да промените съотношението на райони или изключва структури слитък всяка област на всички (ris.3.10).

и б

Фиг. 3.10. Схеми макроструктурите барове, и - колонни кристали;

б - Полиедрични кристали

Например, преди леярски сплави прегряване и бързо охлаждане на кристализация води до структура, състояща се основно от една от колонни кристали (фигура 2.10). Тази структура се нарича transcrystalline. Такива структури са много чисти метали кюлчета. Зоната на колонни кристали се характеризира с най-висока плътност, но връзката между колонните неразтворими кристали се събират, и блокове с transcrystalline структура често се счупи. Transcrystalline структура намалява силата на заварките.

На практика, за шлайфане на метални конструкции и сплави са широко използвани стъпка процес, наречен модификация. Той се състои във въвеждането в стопената сплав преди леене специални добавки (модификатори). Използването като модификатори повърхностноактивни вещества (например, борен в стомана, алуминий и неговите сплави натрий в) и елементи, които tonkodispersionnye огнеупорни частици (като например титан, цирконий и неговите сплави, алуминий, алуминий, титан в стомана). Модификатори се добавят към сплавта в количества, вариращи от хилядни до десети от процента.

алуминиеви слитъци са с разнороден състав. Хетерогенността на сплав химичен състав, структура, и неметални включвания на образувани по време на кристализация слитък се нарича сегрегация.

Химическа хетерогенност на отделните зони на слитъка нарича зонален сегрегация. Това влияе отрицателно върху механичните свойства. В допълнение към реалния свят блокове зона има и други видове сегрегация: ексцентрични, дендритни, карбид, podusadochnaya, ъглова, гравитацията.

Така, гравитационни отделяне резултати от разликата в плътностите на течни и твърди фази, както и по време на кристализацията несмесващи се течни фази.

Течният метал има по-голям обем от кристализира, така че металът изпълнен във формата по време на втвърдяване се намалява по обем, което води до образуване на кухини, наречен свиване кухини. Свиване обвивка може да се концентрира на едно място или разпръснати из целия обем на слитъка, или част от него. Те могат да бъдат запълнени с газ, разтворим в течния метал, а се произвежда по време на кристализацията.

В хорошо раскисленной, так называемой спокойной стали , отлитой в изложницу с утепленной подложкой, усадочная раковина образуется в верхней части слитка и в объёме всего слитка содержится малое количество газовых пузырей и раковин. Недостаточно раскисленная, так называемая кипящая сталь , содержит раковины и пузыри во всем объёме. Поэтому спокойный металл более плотный, чем кипящий.

2.8. Методы исследования структуры

Исследование структуры металлов может проводиться:

- методом световой микроскопии;

- методом электронной микроскопии;

- рентгеноструктурный анализ;

- рентгеноспектральный анализ;

- дополнительные методы исследования.

При методе световой микроскопии с помощью различных микроскопов можно увидеть размер, форму и взаимное расположение зерен, достаточно крупные включения, некоторые крупные дефекты кристаллического строения. Для исследования готовят микрошлифы (поверхность образца должна быть отполирована до зеркального блеска, а затем протравлена специальными реактивами).

Метод электронной микроскопии проводится с помощью электронных микроскопов, которые делятся на просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ) и растровые электронные микроскопы (РЭМ). Метод основан на прохождении, преломлении, рассеивании и отражении электронного пучка от поверхности исследуемого микрошлифа. При этом можно увидеть детали структуры менее 0,1мкм, однако, этот метод требует сложной подготовки образца, особенно при исследовании на просвечивающем электронном микроскопе.

Рентгеноструктурный анализ изучает строение решетки и основан на исследовании микрошлифа путем рассеивания рентгеновских лучей.

Методом спектрального анализа и аналитической химии можно определить состав сплава, при этом достигается высокая точность при определении распределения компонентов.

К дополнительным методам для определения тонкой структуры металлов и сплавов, включая дефекты типа вакансий и дислокаций, относятся:

- нейтронография;

- ядерный гамма-резонанс;

- автоионная микроскопия;

оже-электронная спектроскопия.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

; Дата: 05.01.2014; ; Прегледи: 2411; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



ailback.ru - Edu Doc (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 11.45.9.22
Page генерирана за: 0.061 сек.