IMG02

z cieczy wydzielają się kryształy o składzie k₀C₀. Ponieważ powstałe kryształy zawierają mniej domieszki, niż średnio zawiera jej stop, pozostająca faza ciekła wzbogaca się w domieszkę. zmieniając swój skład wzdłuż linii likwidus. Krzepnięcie równowagowe wymaga, aby lokalnie wypchnięta domieszka została równomiernie rozprowadzona w całej objętości niezakrzepłej cieczy. Również w fazie stałej wcześniej wydzielone kryształy muszą na drodze dyfuzji wyrównać swój skład do składu równowagowego. Oznacza to, że w jakiejkolwiek temperaturze T skład fazy stałej C_s oraz cieczy C_L na powierzchni rozdziału określone są współczynnikiem rozdziału k₀. W miarę obniżania temperatury i postępu procesu krzepnięcia składy fazy stałej C_s oraz cieczy C_L wzbogacają się w domieszkę.

Tabela 5.1

Współczynniki rozdziału pierwiastków rozpuszczonych w żelazie

Składniki w żelazie	s	p	c	Cu	Si	Mo	Ni	Cr	W
Wartość k0	0,05	0,07	0,13	0,56	0,66	0,70	0,80	0,95	0,95
Ogólna charakterystyka	Silnie segregacyjne			Segregacyjne			Słabo segregacyjne

Takie same zależności występują w wypadku stopów mających wykres równowagi przedstawiony na rysunku 5.8b (k₍₁ > 1). Różnica polega jednak na tym, że pierwsze wydzielone kryształy posiadają więcej domieszki (k₀C_Q), natomiast ciecz jest zubożona o domieszkę i wzbogacona w składnik rozpuszczalnika. W miarę obniżania temperatury i postępu procesu krystalizacji zawartość substancji rozpuszczonej w cieczy stale spada. Ponieważ faza stała wydziela się z tej cieczy, również w fazie stałej zawartość domieszki się obniża.

Przy założeniu, że likwidus jest linią prostą, temperaturę likwidus w dowolnym momencie krzepnięcia można wyrazić zależnością:

T=T_t + m_LC_L    (5.7)

gdzie: m_r - współczynnik kątowy pochylenia linii likwidus.

J

Zmiany składu chemicznego fazy stałej i ciekłej w trakcie procesu krystalizacji w warunkach równowagi, czyli całkowitej dyfuzji w fazie stałej i ciekłej, pokazano na rysunku 5.9. Rysunek 5.9a przedstawia zmiany temperatury likwidus i solidus wraz ze wzrostem koncentracji domieszki. Skład fazy stałej jest funkcją postępu procesu krystalizacji, czyli ilości fazy stałej f_s, C_s =f{f_s). Podobnie skład fazy ciekłej jest zależny od ilości wykrystalizowanej fazy stałej C, =f(f_s). W temperaturze T, ilość fazy stałej f_s = 0, a składy fazy stałej i ciekłej wynoszą odpowiednio k_oC₀ i C₀. W miarę obniżania temperatury od T_L do T_s i postępu krystalizacji skład fazy stałej zmienia się po linii solidus od k₀C_a do C₀, natomiast fazy ciekłej po linii likwidus od C₀ do C₀/k₀ (rys. 5.9b). W dowolnym momencie krzepnięcia składy chemiczne fazy stałej C, i ciekłej C_s przedstawiają poziome linie na rysunku 5.9c. Pola powierzchni Q/s i C_Lf_L reprezentują odpowiednio ilość domieszki w fazie stałej i ciekłej. Powierzchnia C₀(fs ⁺fi) reprezentuje ilość domieszki w stopie przed krzepnięciem.

212