KRYSTALIZACJA

Metale posiadają 3 stany skupienia: stały, ciekły i gazowy.

Gazowy charakteryzuje się tym, że struktura metalu jest nieuporządkowana, jest duża odległość pomiędzy atomami i one nie oddziałują ze sobą i mają największą energię swobodną.

Ciecz metaliczna posiada mniejsza energię swobodną. Atomy stanowią zbiór nieuporządkowany, może wystąpić zespół bliskiego uporządkowania oznaczający, że atomy zajmujące chwilowo swoje położenie zbliżone są do stanu krystalicznego.

Krystalizacja to krzepnięcie cieczy w stan stały o budowie krystalicznej. W czasie chłodzenia w temperaturze krzepnięcia występuje przystanek izotermiczny czyli wydzielające się ciepło uniemożliwia dalsze obniżanie temperatury. Spadek Temperatury występuje po całkowitym zakrzepnięciu metalu. Przy znacznej szybkości chłodzenia występuje tzw. przechłodzenie, czyli stan po którym wydzielające się ciepło podnosi temperaturę metalu.

Krystalizacja przebiega przez zarodkowanie i wzrost zarodków. Zarodkami są zespoły bliskiego uporządkowania o wielkości większej od krytycznej. Dzieli się na( jeśli krystalizacja występuje w stałym ciśnieniu, w spoczynku i nie działa pole elektryczne):

• Homogeniczne- w cieczy jednorodnej powstaje jednorodna faza stała. Zarodki w kształcie kul porozmieszczane są po całej objętości. Szybkość zarodkowania jest bardzo mała.

• Heterogeniczne- tworzy się zarodek na obcym podłożu o stanie stałym (np. ściany form odlewniczych). Przy stałym przechłodzeniu zarodkowanie jest najłatwiejsze i szybko zachodzi w niższej temperaturze niż zarodkowanie homogeniczne.

Im podłoże bardziej wklęsłe tym potrzebne jest mniejsze przechłodzenie, by zaszło zarodkowanie.

Krzepnąca ciecz jest układem dynamicznym, ponieważ znajduje się w ruchu, podlega wpływom zewnętrznym (zmianom ciśnienia, drganiom, polu elektrycznemu). Czynniki te przyśpieszają zarodkowanie i jest to zarodkowanie dynamiczne.

Warunkiem koniecznym do zarodkowania dynamicznego jest kawitacja cieczy dynamicznej czyli tworzenie się i znikanie pęcherzyków pary przy ściankach naczynia.

Najszybciej krystalizują ściany luźno wypełnione atomami. Wzrost następuje po przyłączeniu się atomów do ścian zarodka.

Warunki krystalizacji stopów różnią się od tych z czystego metalu głównie stężeniem fazy stałej i ciekłej.

Wielkość komórek zmniejsza się wraz ze zwiększaniem przechłodzenia i szybkości krystalizacji. Powoduje to segregacje składnika rozpuszczonego w postaci siatki.

Większość odlewniczych stopów metali krystalizuje wykazując strukturę mieszanin głownie eutektycznych, które dzieli się na:

• Płytkowe

• Słupkowe

• Ziarniste

• Iglaste

ODKSZTAŁCENIE PLASTYCZNE METALI NA GORĄCO

Dużym znaczeniem dla obróbki plastycznej na gorąco jest pełzanie dyslokacyjne, w którym oprócz odkształcenia plastycznego przebiegają dynamiczne procesy aktywowane cieplnie usuwające skutki umocnienia gniotowego tzn. zarodkowanie dynamiczne i rekrystalizacja dynamiczna.

Odkształcenie plastyczne zapoczątkowane jest przez poślizg dyslokacji. Później następuje wspinanie dyslokacji i poślizg poprzeczny (określany jako zmiana płaszczyzny przez dyslokacje śrubowe, pod działaniem dużych naprężeń mających wspólny kierunek poślizgu z pierwotnym).

Poślizg poprzeczny i wspinanie dyslokacji to zdrowienie dynamiczne zachodzące podczas odkształcenia plastycznego na gorąco. Nie ulega on ograniczeniom w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji.

Rekrystalizacja dynamiczna jest w metalach o małej energii błędu ułożenia w trakcie odkształcania plastycznego na gorąco. Zależy od temperatury, szybkości odkształcania, składu chemicznego oraz obróbki cieplnej i mechanicznej.

Zjawiska towarzyszące odkształceniu plastycznemu na gorąco ujawnia się w próbach: rozciągania, spęczania i skręcania na gorąco. W wyniku tych prób otrzymuje się krzywe umocnienia.

WARSTWY POWIERZCHNIOWE

Własności użytkowe produktów i ich elementów zależą głównie od struktury i własności warstw powierzchniowych. Do wykonania rdzenia elementu stosuje się tańsze i gorsze materiały niż na warstwy.

Klasyfikacja warstw ze względu na zastosowanie:

• Wykazujące wymagane własności fizyczne zapewniające określone własności mechaniczne takie jak: wysoka twardość, większą odporność na zużycie, większą przewodność elektryczną lub cieplną, dużą odporność na wysokie temperatury

• Przeciwdziałające korozji elektrochemicznej i stanowiące barierę dyfuzyjną dla korozji gazowej

• Dekoracyjne i ochronno dekoracyjne nadające estetyczny wygląd tzn. barwę, połysk, odporność na pokrywanie nalotem i odporność antykorozyjną.

Uzyskane warstwy powierzchni mogą być:

• Warstwami wierzchnimi- ograniczone powierzchnią obrabianego elementu obejmujące materiały różniące się od materiałów rdzenia uzyskanych w wyniku łącznego działania sił mechanicznych, elektrycznych, ciepła i czynników chemicznych.

• Powłoki- warstwy metalu, stopu, materiałów ceramicznych, materiałów polimerowych lub innych materiałów naniesionych trwale w celu uzyskania własności fizycznych, antykorozyjnych lub dekoracyjnych.

Małgorzata Psonka ZiP 42

L.A. Dobrzański „Podstawy nauki o materiałach”, WNT 2006r.