ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Дослідження процесу кристалізації

Мета роботи

 

1.1 Ознайомитись з процесом кристалізації і формою кристалів, які утворюються при кристалізації розчину солей.

1.2 Ознайомитись з будовою стального виливка.

 

Технічні засоби навчання

2.1 Насичені розчини солей: хлористого амонію NH4Cl, біхромату калію K2Cr2O7, алюмокалієвого галуну (KAlSO4)·12H2O.

2.2 Мікроскоп біологічний.

2.3 Скляні пластинки, електроплитка, піпетка.

 

Теоретичні відомості

 

Перехід речовини з рідкого агрегатного стану в твердий при охолодженні відбувається за двома основними схемами: аморфитизація і кристалізація. Аморфитизація забезпечує лише формування ближнього порядку розташування атомів і такі речовини називаються аморфними. Кристалізація забезпечує як ближній порядок, так і дальній порядок розташування атомів і такі речовини називаються кристалічними. Вони можуть бути як чистими хімічними елементами, так і хімічними, чи електронними сполуками, а також твердими розчинами.

Кристалізацією називають процес переходу металу із рідкого стану в твердий кристалічний.

Причиною кристалізації або перекристалізації (зміни фазового стану) є природне намагання системи зайняти такий стан, при якому запас її вільної енергії є мінімальним. Це положення добре ілюструється характером зміни вільної енергії системи, наведеним на рисунку 1.1.

Термодинамічно це записується як різниця між значенням повної енергії та енергії при певній температурі:

G=E – TS,

де E – повна енергія системи;

G – вільна енергія;

Т – температура;

S – ентропія (міра безпорядку системи).

 

Рисунок 1.1 – Зміна вільної енергії металу в рідкому GР та твердому GТ станах залежно від температури (Tк – температура, при якій протікає кристалізація)

При температурі Тп рідка і тверда фази знаходяться в термодинамічній рівновазі, тому процесу кристалізації не відбувається, бо центри кристалізації, які виникли спонтанно так само спонтанно розчиняються в рідині. Тому температура в точці Тпл є теоретичною температурою кристалізації (або плавлення при нагріві).

Для протікання процесу кристалізації необхідно, щоб вільна енергія твердого стану була меншою, ніж рідини. Це є можливим при переохолодженні до температури нижче теоретичної температури кристалізації. Тоді різниця вільних енергій металу в рідкому і твердому стані рівна:

ΔG=GР-GT>0.

Різниця між теоретичною і дійсною температурою кристалізації називається ступенем переохолодження

ΔТ=Тп – Тк

Із збільшенням ступеню переохолодження збільшується різниця вільних енергій твердого і рідкого стану, а тому повинна рости швидкість процесу кристалізації. Але процес кристалізації зв’язаний з переміщенням атомів металу і залежить від швидкості дифузії. Збільшення швидкості переохолодження зменшує швидкість дифузії, а відповідно гальмує ріст кристалів.

Як відомо, кристалізація складається з двох процесів: утворення зародків (центрів кристалізації) та росту кристалів з цих центрів. Обидва процеси характеризуються власними швидкостями, які становлять параметри кристалізації.

Першим параметром кристалізації є швидкість утворення зародків (n), яка характеризує кількість зародків, що утворюються в одиниці об’єму за одиницю часу і вимірюється в см-1-1. Другий параметр (с) – лінійна швидкість росту кристалів – характеризує зміну лінійних розмірів кристала і вимірюється в см/с. Досліджуючи кристалізацію прозорих органічних речовин при різних температурах, Г.Таман встановив, що ці параметри залежать від ступеню переохолодження (рисунок 1.2).

Як видно з рисунка 1.2 із збільшенням ступеню переохо­лодження значення сі n зростають, досягають максимума, а потім понижуються і при великих ступенях переохолодження практично падають до нуля.

Слід звернути увагу на те, що швидкість утворення зародків (їх число) зростає повільніше ніж швидкість росту кристалів. Таким чином співвідношення між параметрами n і с при різних ступенях переохолодження різне. А від співвідношення параметрів n і с залежать розміри зерен в металах.

 

Рисунок 1.2– Залежність швидкості утворення зародків кристалізації і швидкості росту кристалів від ступеню переохолодження

За теорією Тамана кількість зерен N пропорційна швидкості утворення центрів кристалізації n і обернено пропорційна швидкості росту кристалів с:

N=k·n/c,

де k – сталий коефіцієнт.

Підбираючи ступінь переохолодження можна регулювати величину зерна в металі. При малих ступенях переохолодження (наприклад при ΔТ1, рисунок 1.2) виникає мало центрів кристалізації, а швидкість росту кристала велика, внаслідок чого формується грубозерниста структура. У випадку, коли швидкість утворення зародків велика, а швидкість росту кристала мала (наприклад при ΔТ2, рисунок 1.2) формується дрібнозерниста структура. Надто великі ступені переохолодження можуть взагалі загальмувати виникнення центрів кристалізації і тоді метал переходить у твердий аморфний стан.

Розмір зерна впливає на механічні та інші властивості металів. Дрібнозернистий метал має більшу міцність, в’язкість і пластичність.

Розрізняють дві форми кристалізації: нормальна і дендритна (деревоподібна). При нормальній формі кристалізації кристал зростає за рахунок нашарування атомних площин на гранях кристала приблизно рівномірно з усіх сторін, в результаті чого утворюється геометрично правильний кристал (рисунок 1.3, а, б).

При дендритній кристалізації ріст кристала йде в певних напрямках, які звуться вісями кристалів. Спочатку утворюється вісь першого порядку, потім – другого, третього і т.д. (рисунок 1.3, в).

Поки утворені кристали омиває розплав, вони ростуть вільно і мають більш-менш правильну геометричну форму. Та коли закристалізовуються останні ділянки розплаву, кристали стикаються між собою і втрачають правильну геометричну форму – утворюються кристаліти (зерна).

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти