Katedra Metaloznawstwa i Technologii

Materiałowych

Zakład Metaloznawstwa i Obróbki Cieplnej

Wykład 3:

KRYSTALIZACJA METALI

FAZY STOPÓW

Krystalizacja

metalu następuje w wyniku

nakładania się na siebie dwóch niezależnych
procesów:
a) tworzenia zarodków fazy stałej
(zarodkowania)

b) rozrostu zarodków

Co jest siłą napędową
procesu krystalizacji?

Siłą napędową procesu
krystalizacji

jest

różnica

pomiędzy

energiami

stanu

stałego i ciekłego.

T

0

stan stały

stan ciekły

T

1

T

F

Temperatu
ry
topnienia
metali:

Al - 660

0

C

Cu - 1083

0

C
Fe - 1538

0

C
W - 3377

0

C

T

0

stan stały

stan ciekły

Krystalizacja czystych metali

T

0

stan stały

stan ciekły

Rzeczywisty przebieg krystalizacji

czystych metali

T

Prawo

Tammanna

Szybkość krystalizacji i
struktura

zakrzepłego

metalu zależą od szybkości
z jaką powstają zarodki fazy
stałej i od szybkości ich
rozrostu, a te z kolei zależą
od wielkości przechłodzenia
T

poniżej

temperatury

równowagowego

współ-

istnienia obu faz T

0

.

struktura gruboziarnista

struktura drobnoziarnista

szkło metaliczne

Zarodkowanie

Zarodkami

krystalizacji

nazywamy

kilkusetatomowe skupiska fazy stałej, o typowej
dla

niej

strukturze

krystalicznej,

powstałe

wewnątrz fazy ciekłej, które rozrastając się
powodują stopniowo przechodzenie fazy ciekłej w
fazę stałą.

Zarodkowanie
może być:
- homogeniczne
- heterogeniczne
Co to jest zarodek
krytyczny ?

Wzrost

kryształów

dendryt

Krystalizacja wlewka

stalowego

strefa kryształów zamrożonych

jama skurczowa

strefa kryształów kolumnowych

strefa kryształów równoosiowych

Zjawiska towarzyszące

krystalizacji

1.

Skurcz

Skurcz różnych metali:
Al 6,5% Fe 3,0%
Cu 4,2% Bi

- 3,3%

2.

Wydzielanie gazów

( H

2

, N

2

, O

2

,

CO , CO

2

)

3.

Segregacja:

- grawitacyjna

-
makroskopow
a
-
mikrosegrega
cja

Metody wytwarzania

monokryształów

- Czochralskiego
- Bridgmana
- Stockbergera-Chalmersa

Stopy

Stop

- tworzywo powstałe zazwyczaj przez

stopienie metalu stanowiącego większość z co
najmniej

jednym

pierwiastkiem

zwanym

pierwiastkiem

stopowym.

Celem

dodawania

pierwiastka stopowego jest zmiana struktury i
własności w określonym i zamierzonym
kierunku. Każdy stop składa się z faz.

Składniki stopu

- substancje proste (np.

pierwiastki ) lub związki, które tworzą dany stop.

Faza

- część układu jednorodna pod

względem chemicznym i krystalograficznym,
oddzielona od reszty układu granicą między-
fazową po przekroczeniu której własności
zmieniają się skokowo.

Układ

- zbiór faz.

Równowaga fazowa

- istnieje wówczas gdy w

określonych warun- kach termodynamicznych
stosunki ilościowe między fazami układu
pozostają stałe.

Struktura

stopów

1. Mieszanina kryształów A i B
2. Związek chemiczny lub międzymetaliczny nA +
mB  A

n

B

m

3. Roztwory stałe

Roztwory stałe -

są to fazy w których

rozmieszczenie atomów składników A i B jest
całkowicie przypadkowe. Mogą być:

a) różnowęzłowe
( substytucyjne )

b)
międzywęzłowe

Reguła faz

Gibbsa

S = n - f + 1

S

- liczba stopni swobody, czyli liczba czynników

wewnętrznych i zewnętrznych które możemy zmienić
nie powodując zmiany liczby faz w układzie,

n

- liczba

składników stopu,

f

- liczba faz,

p

= const.

T

0

S = 1 - 1 + 1 = 1

S = 1 - 1 + 1 = 1

S = 1 - 2 + 1 = 0

Krzywa chłodzenia czystego

metalu

bez odmian alotropowych

np. Cu, Al

S = 1 - 1 + 1 = 1

S = 1 - 1 + 1 = 1

S = 1 - 1 + 1 = 1

S = 1 - 2 + 1 = 0
S = 1 - 2 + 1 = 0

S = 1 - 2 + 1 = 0

Krzywa chłodzenia czystego

metalu

posiadającego odmiany

alotropowe