DSCN1637

45

1.3. Krzepnięcie odlewu

skurczem objętościowym i podajemy w procentach objętości. Z przebiegu krzywych zmian objętości dla żeliw z grafitem wynika (rys. 1.30), że końcowy skurcz zasilania może być równy zeru, jeżeli tylko temperatura zalewania decydąjąca o wartości skurczu w stanie ciekłym będzie odpowiednio niska.

1JJ. Krystalizacja stopów odlewniczych

1.3.2.1. Podstawowe pojęcia 1 prawa zawiązane z krystalizacją

Ciekły metal lub stop moio być traktowany jako nieuporządkowany zbiór atomów zwarcie wypełniających przestrzeń, oscylujących wokół swoich położeń równowagi i tworzących chwilowe zespoły bliskiego uporządkowania. Tym samym w danej chwili „strukturę" takiego zespołu atomów można opisać za pomocą funkcji rozkładu radialnego    RDF (ang. Radial Distribution Function),

która informuje o liczbie koordynacyjnej, tj. liczbie pierwszych i drugich najbliższych sąsiadów znajdujących się w czaszy kulistej o promieniu r i grubości dr. Warto zaznaczyć, iż takie chwilowe uporządkowanie w cieczy jest bliskie uporządkowaniu atomów w stanie stałym i to tym bardziej, im temperatura ciekłego metalu (stopu) jest zbliżona do temperatury krystalizacji.

Krystalizacja jest procesem krzepnięcia, czyli przejścia fazy ciekłej w stałą, któremu towarzyszy tworzenie struktury krystalicznej, charakteryzującej się uporządkowanym rozkładem atomów w przestrzeni. Aby przemiana taka mogła się dokonać, musi pojawić się siła napędowa, wymuszająca przebieg w określonym kierunku. Siła napędowa jest warunkiem koniecznym, ale niewystarczającym do realizacji procesu, bowiem musi istnieć droga, po której ten proces może się dokonać. Stąd też, szybkość określonej przemiany zależy zarówno od wartości siły napędowej, jak i sposobu realizacji procesu.

W przypadku zmian strukturalnych zachodzących w stałej temperaturze i pod stałym ciśnieniem siłą napędową procesu jest różnica energii swobodnej Gibbsa AG między stanem początkowym a końcowym, opisana równaniem

AG m AH—TAS    (1.24)

gdzie: AH — zmiana entalpii układu, J/mol; AS — zmiana entropii układu, J/K; T — temperatura bezwzględna.

Definicje i szersze objaśnienie pojęć i wielkości występujących w powyższym wzorze, jak również w innych związanych z krystalizacją metali i stopów można znaleźć w literaturze [4, 10, 16, 23, 24].

Jeśli pod wpływem bodźca zewnętrznego, np. zmiany temperatury, w układzie zachodzi jakakolwiek przemiana, to dzieje się tak dlatego, że w tych nowych warunkach stan, jaki osiąga rozpatrywany układ po przemianie, zapewnia mniejszą energię niż stan, jaki miał ten układ przed przemianą. Ilustracją jest rys. 1.31, na którym jako przykład przedstawiono zmianę energii swobodnej wody i lodu podczas zmiany temperatury powyżej i poniżej temperatury topnienia 11=273 K. (0°C).