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