Równowaga i kryteria równowagi

(+)

(R. Haimann)

(+)

(M. Blicharski)

(+)

Krzepnięcie (jako przykład krystalizacji) – dyfuzyjna przemiana fazowa L

↔

S

Zmiana energii swobodnej

F

fazy ciekłej

L

oraz fazy stałej

S

w zależności od temperatury

stan równowagi

(+)

Zarodkowanie jednorodne (homogeniczne)

(R. Haimann)

(-+)

(R. Haimann)

(-+)

Wpływ

przechłodzenia

∆

T na szybkość zarodkowania (LZ)

LZ –

liczba zarodków powstających w jednostce czasu w jednostce objętości cieczy

(+!)

Zarodkowanie niejednorodne (heterogeniczne)

(R. Haimann)

(+-)

(+-)

(+-)

Wzrost kryształów (II etap krystalizacji)

(M. Blicharski)

(+-)

Powierzchnia rosnącego kryształu w skali atomowej i jej wpływ na kształt wydzielenia

(-+)

Dyslokacja ułatwia szybki wzrost kryształu – spirala wzrostu (tekstura krystalizacji)

(jest to przyczyna nieuniknionej obecności dyslokacji w ciałach krystalicznych)

(tekstura)

(+)

(R. Haimann)

Kinetyka krystalizacji - krzywa kinetyki przemian fazowych

(charakterystyczny dla przemian dyfuzyjnych kształt różnie nachylonej litery „S”)

V

S

– objętość powstałych kryształów,

V

0L

– początkowa objętość cieczy,

G – liniowa prędkość wzrostu kryształów
(większy wpływ niż częstość zarodkowania LZ),
LZ – liczba zarodków (częstość zarodkowania),

]

3

)

(

exp[

1

4

3

0

τ

π

LZ

G

V

V

L

S

−

−

=

(+)

G

Wpływ przechłodzenia na szybkość krystalizacji

(LZ)

(szybkość krystalizacji zależy od szybkości zarodkowania (LZ) oraz liniowej szybkości wzrostu kryształu (G),
przy czym oba parametry zależą od przechłodzenia

∆

T)

(M. Blicharski)

Struktura drobnoziarnista
po odpowiednio dużym przechłodzeniu
(cel: wysokie właściwości mechaniczne).

Struktura gruboziarnista
po odpowiednio małym przechłodzeniu
(cel: wymagane właściwości fizyczne).

G

góruje nad

LZ

LZ

góruje nad

G

(+)

Wzrost kryształów – powierzchnia frontu krystalizacji

● wzrost z płaskim frontem krystalizacji

(dodatni gradient temperatury w cieczy)

●

wzrost dendrytyczny

(ujemny gradient temperatury w cieczy)

- najczęściej krzepnięcie w warunkach
zbliżonych do warunków równowagi,

- powszechny przypadek w warunkach technicznych,
- przyczyna

segregacji dendrytycznej

zanieczyszczeń

oraz dodatków stopowych,

(+)

(L.A. Dobrzański)

● wzrost gałęzi dendrytów zachodzi wzdłuż ściśle
określonych kierunków krystalograficznych:

〈

100

〉

dla struktur A1 (RSC) oraz A2 (RPC),

〈

1010

〉

dla struktury A3 (HZ),

Jama skurczowa w napoinie, (SEM)

(M. Lachowicz)

(-)

Wpływ przechłodzenia na kształt kryształów

Schemat krystalizacji objętościowej czystego metalu

jednofazowy stop Co, 50x

teoretycznie jednofazowy stop Co, 200x

implant stawu
kolanowego

(M. Podres-Radziszewska)

(+-)

Schemat struktury wlewka

1

2

3

ścianka wlewnicy

1

1

2

2

3

3

Schemat krzepnięcia metalu od ściany wlewnicy. Odlewanie statyczne.

1 – strefa kryształów zamrożonych ( duże

∆

T),

2 - strefa kryształów (ziaren) słupkowych (tekstura),
3 – strefa kryształów (ziaren) równoosiowych,

(za B. Kuźnicką)

(+)

Odlewanie ciągłe wlewków:

(za B. Kuźnicką)

(-+)