31
Тепловой поток
Чтобы регулировать скорость движения фронта плавления, нужно владеть контролем над градиентом температур.
Существует интересная формула, описывающая тепловой поток на границе раздела. Из неё можно получить максимальную скорость движения фронта
Существует несколько механизмов охлаждения: 1) передача тепла от твердой фазы к жидкой, 2) передача тепла изложнице, 3) излучение, 4) конвекция
Охлаждать металл можно с разной скоростью: как правило от нескольких тысяч до сотен тысяч единиц. Скорость влияет на дисперсность, гомогенность распределения примесей, образование неустойчивых фаз.
32
Механизмы
Сперва рассматривается изменение свободной энергии при присоединении атома к поверхности твердой фазы в зависимости от координационного числа. Построили график
Затем рассматривается три варианта затвердевания: 1) образование двумерного зародыша, 2) ступенчатый рост, 3) рост на шероховатой стенке (равномерный рост)
33
Нормальное затвердевание
в конце профиль немного видоизменяется из процессов диффузии, но не значительно
При равновесном затвердевании профиль будет ровным
34
Затвердевание с искривлённой поверхностью раздела
Когда поверхность не плоская, температура затвердевания будет отличаться от теоретической. Есть формула-хуермула. Общая закономерность такая: поверхность выпуклая - температура плавления ниже, поверхность погнутая - больше.
Как и можно было ожидать здесь играет роль координационное число. Следует учитывать также и то, что при плавлении выделяется скрытая теплота кристаллизации. Все эти факторы будут определять сложную форму поверхности.
35
Неустойчивость сферических центров
Сферические центры роста устойчивы только до определенного размера. Это примерно 11 критических радиусов.
По достижении этого размера на шариках могут возникать неоднородности в распределении поверхностной энергии. Это приводит к изменению рельефа поверхности. Для того, чтобы это произошло, достаточно изменения энергии на 1%.
36
Рост основной ветви
В тех местах, где образовалась выпуклость в результате какой-то флуктуации пов. энергии, происходит дальнейший рост в этом направлении.
За счёт чего этот рост происходит: за счёт описанного в одном из предыдущих вопросах локального изменения температуры плавления. То есть у основания этого выпуклого места дальнейшая кристаллизация затруднена, а на его вершине облегчена.
37
Рост боковых ветвей
Вместе с ростом основной ветви, на ней начинают появляться боковые ветви.
Расстояние между боковыми ветвями также определяется из разности температур плавления. Что интересно, все последующие боковые ветви получаются чуть меньше ввиду общего нагрева расплава.
Потому расстояние между боковыми ветвями тоже заполняется. Это даже как-то по-особому называется: дендритная пористость.
Величину переохлаждения можно считать движущей силой затвердевания. В данной ситуации она складывается из 3 компонент: 1) разница в температуре зародыша и расплава, 2) разница температур на поверхности выпуклости и поверхности сферического зародыша, 3) разница вызванная тем, что поверхность не плоская
38
Концентрационное переохлаждение
Возникает из-за того, что в жидкости у фронта затвердевания концентрация растворенного вещества больше.
39
Ячеистая структура
возникает небольшой бугорок. Вокруг этого бугорка кристаллизация происходит медленнее из-за выделившейся теплоты кристаллизации.
По большому счет, растет дендрит. Отличие в том, что такие бугорки превращаются в ячейки. Почему так происходит: из-за сегрегации примесей по бокам. Эти примеси мешают расти этимтипо-дендритам в бок.
40
Классификация ячеек
гравитационные, нормальные (по фронту в эвтектике), обратная(как в перитектике), ячеистая, межзеренная
41
Модификация эвтектик
Добавляем труднорастворимые мелкодисперсные включения, которые сохраняют твердое состояние какое-то время после того, как основная матрица уже расплавилась.
Это нужно для получения более мелкодисперсной структуры. У нас банально большее число центров кристаллизации, и зерна получаются более мелкими.
Есть другой подход: мы добавляем какое-то вещество, которое влияет на сам процесс роста кристаллов. Например, в систему алюминий-олово добавляем никель. Никель образует соединения с оловом, тем самым разрушая частицы химических соединений олова с примесями. Это препятствует развитию игольчатой структуры, которая ухудшает механические свойства.
42
Затвердевание реальных сплавов
Описываю, как происходит процесс затвердевания эвтектики: одна пластинка, затем другая.
Пишу, что существуют разные типы эвтектик.
43
Методы управления структурой
Для чего они нам нужны: 1) получить определенную структуру, 2) получить определенные свойства
Дальше перечисляю и кратко описываю все известные мне методы модификации: 1) термические, 2) модификация, собственно, 3) энергетические, 4) новые способы отливки