IMG
96

5. Podstawy procesu krystalizacji

Procesy krzepnięcia ciekłego metalu polegają na wzroście kryształów w rezultacie przyłączenia do ich powierzchni atomów z otaczającej cieczy.

Jeśli dwie fazy, w szczególności ciekła i stała, znajdują się w stanie równowagi w temperaturze T_r, to ich energie swobodne są w tej temperaturze równe. Wyższej temperaturze odpowiada mniejsza swobodna energia ciekłej fazy i odwrotnie (rys. 5.1).

Rys. 5.1. Zmiana energii swobodnej fazy stałej i ciekłej w zależności od temperatury

Przy obniżaniu temperatury poniżej T_r mogą się tworzyć zarodki fazy stałej, które stają się centrami krystalizacji. Aby jednak zarodek był trwały, a proces krystalizacji przebiegał nieprzerwanie, konieczne jest, żeby energia swobodna zarodka była mniejsza niż fazy wyjściowej. Możliwe jest to dopiero wówczas, gdy zarodek osiągnie określoną wielkość. W wypadku homogenicznego zarodkowania, kiedy sferyczny zarodek ze wszystkich stron otoczony jest cieczą, można określić krytyczny promień zarodka r (w cm):

r

2yT_r AH AT

(5.1)

gdzie:

y - powierzchniowa energia rozdziału dwu faz, J/cm², T_r - temperatura równowagi faz, K,

206