Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела


Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела Для определения температуры кристаллизации металла применяют терми­­­ческий метод, заключающийся в следующем: в тигель 1 (рис. 11) с рас­плавленным металлом погружают термопару 2; термопара представляет собой две проволоки из различных металлов (или сплавов), сваренные с одно­го конца; свободные концы проволок присоединены к гальванометру 3; при нагреве сваренных концов проволоки в них возни­кает термоэлектродвижу­щая сила, что приводит к отклонению стрелки гальванометра; чем выше температура спая проволок, тем больше отклоне­ние стрелки гальванометра; для измерения температуры на гальва­нометре имеется температурная шкала 4. Если температуру, измеряемую таким методом, регистриро­вать через определенные промежутки времени, то теоре­тически для чистого металла, охлаждающегося очень медленно, кривая охлаждения в координатах «температура – время» имеет вид, показанный на рис. 12,а. Проследим ход процесса кристаллизации металла по кривой охлаждения.

Сначала, когда металл находится в жидком состоянии, темпе­ратура понижается равномерно до точки А. Затем понижение температуры прекращается, и на кривой охлаждения получается гори­зонтальный участок. Хотя тигель с металлом и охлаждается окру­жающим воздухом, но отвод тепла компенсируется выделением скрытой теплоты кристаллизации (затвердевания) металла.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 12. Кривые охлаждения при кристаллизации металла и аморфного тела

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела По времени кристаллизация продолжается от точки А до точки Б. К моменту, соответствующему точке Б, кристаллизация заканчи­вается, весь металл переходит из жидкого состояния в твердое, и после этого тем­пература вновь понижается равномерно. Температура Ts – теоретическая температура кристаллизации. В реальных условиях затвердевание не может проис­ходить при этой температуре, так как свободная энергия жидкого состояния равна свободной энергии твердого со­стояния (рис. 13). Металл, охла­дившись до Ts, еще не кристаллизуется, а остается некоторое время жидким. В это время металл переохлаждается до температуры Тn (рис.
, б и 13). Только при этой температуре начинается процесс кристаллизации. Разность тем­ператур Ts Тn называется степенью переохлаждения ∆Т. Чем больше скорость охлаждения, тем больше и степень переохлаж­дения у данного металла (см. рис. 12, б). В отличие от кривой охлаждения кристаллического тела (металла) кривая охлаждения аморфного тела (см. рис. 12, в) на всем протяжении идет плавно, что указывает на постепенное его отвер­девание вследствие уменьшения подвижности частиц. По своей структуре кажущееся твердым аморфное тело является переохлаж­денной жидкостью.

Источник: studopedia.ru

Строение и кристаллизация металлов

Строение металлов

Вещества в твердом состоянии имеют кристаллическое или аморфное строение.

В аморфных (некристаллических) веществах атомы расположены беспорядочно. (янтарь, смола, битум, кварцевое стекло)

Кристаллическим называется такое строение, при котором атомы располагаются в строго определенном геометрическом порядке, закономерно повторяющемся в пространстве, при этом образуется кристаллическая решетка. Все металлы и сплавы на основе металлов имеют кристаллическое строение и для них характерны следующие типы решеток (рисунок 1):

а) б) в)


Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рисунок 1

а – кубическая объемноцентрированная решетка (Cr, Ta, W, Mo, V, Feα)

б – кубическая гранецентрированная решетка (Pb, Ni, Pt, Cu, Al, Feγ)

в – гексагональная решетка (Mg, Ti, Zn)

 

Строение реальных металлов

В действительности реальный кристалл в отличие от идеального имеет структурные несовершенства: точечные, линейные и поверхностные.

Точечными дефектами являются пустые узлы или вакансии.

Линейными дефектами являются дислокации, представляющие как бы сдвиг части кристаллической решетки.

Поверхностные дефекты определяются наличием блоков внутри кристалла. По границам зерен решетка одного кристалла переходит в решетку другого.

 

Анизотропия кристаллов

В различных плоскостях кристаллической решетки атомы расположены с различной плотностью и поэтому многие свойства кристаллов в различных направлениях различны. Такое различие называется анизотропией.

Все кристаллы анизотропны. В отличие от кристаллов аморфные тела (смола, битум) в различных направлениях имеют в основном одинаковую плотность атомов и, следовательно, одинаковые свойства, т.е. они изотропны.

 

Кристаллизация металлов

Кристаллизацией называется переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры (первичная кристаллизация), а также перекристаллизация в твердом состоянии (вторичная кристаллизация).

 

Кривые охлаждения при кристаллизации металла и аморфного тела


Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рисунок 2

Температура, соответствующая какому-либо превращению в металле, называется критической температурой или критической точкой.

Первичная кристаллизация состоит из двух стадий:

1 – образование центров кристаллизации;

2 – рост кристаллов из этих центров.

Кристаллы неправильной формы называют кристаллитами или зернами. Величина зерен зависит от скорости охлаждения. Чем больше скорость охлаждения металла, тем больше возникает в нем центров кристаллизации, и зерна получаются мельче.

Источник: lektsii.org

Источник: www.chem21.info

В кубической гранецентрированной решетке (рис. 2,б) атомы расположены в вершинах куба и в центре каждой грани. Эту решетку имеют алюминий, медь, никель и другие металлы. В гексагональной плотноупакованной решетке (рис. 2,в) атомы расположены в вершинах и центрах оснований шестигранной призмы и три атома в середине призмы. Такой тип решетки имеют магний, цинк и некоторые другие металлы.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 2. Основные виды кристаллических решеток.

Кристаллизация металлов. Процесс образования в металлах кристаллической решетки называется кристаллизацией. Для изучения процесса кристаллизации строят кривые охлаждения металлов, которые показывают изменение температуры (t) во времени (ф). На рис. 3 приведены кривые охлаждения аморфного и кристаллического веществ. Затвердевание аморфного вещества (рис. 3,а) происходит постепенно, без резко выраженной границы между жидким и твердым состоянием. На кривой охлаждения кристаллического вещества (рис. 3,6) имеется горизонтальный участок с температурой tкр), называемой температурой кристаллизации. Наличие этого участка говорит о том, что процесс сопровождается выделением скрытой теплоты кристаллизации. Длина горизонтального участка — это время кристаллизации.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 3. Кривые охлаждения аморфного и кристаллического тел

Кристаллизация металла происходит постепенно. Она объединяет два процесса, происходящих одновременно: возникновение центров кристаллизации и рост кристаллов. В процессе кристаллизации когда растущий кристалл окружен жидкостью, он имеет правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается (рис. 4.)

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 4. Схема процесса кристаллизации металла

После окончания кристаллизации образуются кристаллы неправильной формы, которые называются зернами или кристаллитами. Внутри каждого зерна имеется определенная ориентация кристаллической решетки, отличающаяся от ориентации решеток соседних зерен.

       Полиморфизм. Некоторые металлы в зависимости от температуры могут существовать в различных кристаллических формах. Это явление называется полиморфизм или аллотропия, а различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными модификациями. Процесс перехода от одной кристаллической формы к другой называется полиморфным превращением. Полиморфные превращения протекают при определенной температуре.

       Полиморфные модификации обозначают строчными греческими буквами б, в, г, д и т. д., причем, б соответствует модификации, существующей при наиболее низкой температуре. Полиморфизм характерен для железа, олова, кобальта, марганца, титана и некоторых других металлов.

       Важное значение имеет полиморфизм железа. На рис. 5 изображена кривая охлаждения железа. Полиморфные превращения характеризуются горизонтальными участками на кривой охлаждения, так как при них происходит полная перекристаллизация металла. До 911° С устойчиво Fea, имеющее кубическую объемно-центрированную решетку. В интервале 911-1392° С существует Fey c кубической гранецентрированной кристаллической решеткой. При 1392-1539° С вновь устойчиво Fea. Часто высокотемпературную модификацию Fea обозначают Feд. Остановка на кривой охлаждения при 768° С связана не с полиморфным превращением, а с изменением магнитных свойств. До 768° С железо магнитно, а выше — немагнитно.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 5. Кривая охлаждения железа

       Дефекты кристаллического строения. Реальный металлический кристалл всегда имеет дефекты кристаллического строения. Они подразделяются на точечные, линейные и поверхностные.

       Точечные дефекты малы во всех трех измерениях. К точечным дефектам относятся вакансии, представляющие собой узлы кристаллической решетки в которых отсутствуют атомы (рис. 6,а), а также замещенные атомы примеси (рис. 6,6) и внедренные атомы (рис. 6,в) которые могут быть как примесными, так и атомами основного металла. Точечные дефекты вызывают местные искажения кристаллической решетки, которые затухают достаточно быстро по мере удаления от дефекта.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 6. Схемы точечных дефектов в кристаллах

Линейные дефекты имеют малые размеры в двух измерениях и большую протяженность в третьем. Эти дефекты называют дислокациями. Краевая дислокация (рис. 7) представляет собой искажение кристаллической решетки, вызванное наличием «лишней» атомной полуплоскости.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела

Рис. 7. Схема краевой дислокации

Поверхностные дефекты малы только в одном измерении. К ним относятся, например, границы между отдельными зернами или группами зерен.

       Наклеп и рекристаллизация. При пластической деформации изменяется не только форма и размеры металла, но также его внутреннее строение и механические свойства. Зерна разворачиваются, деформируются и сплющиваются, вытягиваясь в направлении деформации. Образуется волокнистая структура. При этом прочность и твердость металла повышаются, а пластичность и вязкость снижаются. Явление упрочнения металла при пластической деформации называется наклепом.

       Волокнистое строение и наклеп могут быть устранены при нагреве металла. Частичное снятие наклепа происходит уже при небольшом нагреве (до 300-400°С для железа). Но волокнистая структура при этом сохраняется. При нагреве до более высокой температуры в металле происходит образование новых равноосных зерен. Этот процесс называется рекристаллизацией. Наклеп при этом снимается полностью.

Температура, при которой начинается процесс рекристаллизации называется температурой рекристаллизации. Абсолютная температура рекристаллизации Тр связана с абсолютной температурой плавления простой зависимостью:

Тр=а∙Тпт

где а — коэффициент, зависящий от состава и структуры металла. Для особо чистых металлов а = 0,2, для металлов технической чистоты а = 0,3-0,4, для сплавов а = 0,5-0,6.

       Если деформирование металла происходит при температуре, которая выше температуры рекристаллизации, то наклеп после деформации не возникает. Такая деформация называется горячей. При горячей деформации идут одновременно процессы упрочнения и рекристаллизации. Деформация, которая происходит ниже температуры рекристаллизации, называется холодной.

2.2 Металлические сплавы

       Металлическим сплавом называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов или металлов с неметаллами, обладающий металлическими свойствами. Вещества, которые образуют сплав называются компонентами. Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определенными составом и строением и отделенную от других частей сплава поверхностью раздела. Под структурой понимают форму размер и характер взаимного расположения фаз в металлах и сплавах. Структурными составляющими называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными особенностями.

       Виды сплавов но структуре. По характеру взаимодействия компонентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси, химические соединения и твердые растворы.

       Механическая смесь двух компонентов А и В образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению. Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристаллическую решетку. Структура механических смесей неоднородная, состоящая из отдельных зерен компонента А и компонента В. Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения компонентов: чем больше в сплаве данного компонента, тем ближе к его свойствам свойства смеси.

       Химическое соединение образуется когда компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. При этом при этом соотношение чисел атомов в соединении соответствует его химической формуле AmBn. Химическое соединение имеет свою кристаллическую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. Химические соединения имеют однородную структуру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен.

При образовании твердого раствора атомы одного компонента входят в кристаллическую решетку другого. Твердые растворы замещения образуются в результате частичного замещения атомов кристаллической решетки одного компонента атомами второго (рис. 6,6.). Твердые растворы внедрения образуются когда атомы растворенного компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента — растворителя (рис. 6,в.). Твердый раствор имеет однородную структуру, одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Обозначают твердые растворы строчными буквами греческого алфавита б, д, в, ф, и т. д.

Диаграмма состояния. Диаграмма состояния показывает строение сплава в зависимости от соотношения компонентов и от температуры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения сплавов (рис. 8). В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения сплавов имеется две критические точки. В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (tл), начинается кристаллизация. В нижней критической точке, которая называется точкой солидус (tс), кристаллизация завершается. Кривая охлаждения механической смеси (рис. 8,а) отличается от кривой охлаждения твердого раствора (рис. 8,6) наличием горизонтального участка. На этом участке происходит кристаллизация эвтектики. Эвтектикой называют механическую смесь двух фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава. Эвтектика имеет определенный химический состав и образуется при постоянной температуре.

Какой вид имеет кривая охлаждения аморфного тела Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Источник: pandia.ru

Источник: mash-xxl.info


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.