IMG8 119 (2)

119

r

A. Krystalizacja z fazy ciekłej

Rys. 6.6. Śrubowy wzrost kryształu 1 + 4 - kolejne stadia

Dyslokacja śrubowa tworzy na powierzchni ściany kryształu (zarodka) „u dek" stanowiący początkowy front krystalizacji (rys. 6.6) w kształcie p_rJ ograniczonej z jednej strony linią dyslokacji. Jeżeli w pewnej odległości od L dyslokacji liniowa szybkość wzrostu kryształu w płaszczyźnie ściany jest stała, > szybkość kątowa przesuwania się frontu krystalizacji będzie odwrotnie proporcji nalna do odległości od linii dyslokacji. W rezultacie front krystalizacji przekształć się w spiralę, której najmniejszy promień w pobliżu linii dyslokacji jest fun^j przesycenia roztworu.

Model Franka wyjaśnia wzrost kryształu z roztworu o tak nieznaczny przesyceniu, że tworzenie się dwuwymiarowych zarodków nowej warstwy j_e, niemożliwe. W licznych pracach stwierdzono na powierzchni ścian kryształów (mi; Ag, Mg, Be) obecność spirali wzrostu, uzyskując eksperymentalny dowód słuszność teorii, szczególnie w przypadku krystalizacji z par i roztworów.

Późniejszą modyfikację wprowadził Chalmers opracowanym tzw. tarami) modelem wzrostu. Punktem wyjścia tego opracowania było stwierdzenie różnej liczb, atomów w jednostce objętości pary, roztworu i ciekłego metalu. Z porównani* odpowiednich wartości wynika, iż trudności utworzenia dwuwymiarowego zarody nowej warstwy na ścianie kryształu krystalizującego z pary lub roztworu mogą by. znacznie mniejsze podczas krystalizacji ciekłego metalu.

Na ścianach kryształów nachylonych pod niewielkimi kątami do płaszczya sieciowych o dużej gęstości atomowej (np. dla kryształów o strukturze RSC sątij płaszczyzny {111} i {100}) powstają proste „schodki”, których rozwój prowadzić tworzenia się różnej wielkości „tarasów” równoległych do ściany kryształu (rys. 61 Schodki stanowiące uprzywilejowane miejsce osadzania się atomów tworzą front) krystalizacji, których równoczesne przesuwanie się powoduje wzrost kryształu Liniowa szybkość krystalizacji poszczególnych frontów zależy od warunków odpro wadzania ciepła topnienia na granicy rozdziału faz. Jeżeli ciepło odprowadzane jes przez ciecz (np. w przypadku przechłodzenia na granicy rozdziału faz), to liniom szybkość krystalizacji jest duża, natomiast jest mała, jeżeli ciepło odprowadzane js

Rys. 6.7. Tarasowy wzrost kryształu I, 2 - kolejne stadia

6.3. Krystalizacja stopów

_f/eZ ciało stałe. Dlatego na stopniach położonych blisko siebie prędkość wzrostu Lt mniejsza (więcej lokalnie wydzielonego ciepła) niż na stopniach odległych od jebie, co prowadzi do zmian w konfiguracji tarasów w trakcie krystalizacji.

Niezależnie od wzrostu kryształów przez stopniowe przesuwanie się tarasów, ^ warunkach odpowiedniego przechłodzenia na powierzchni długich tarasów mogą jg_Wiać się dodatkowe stopnie utworzone przez dwuwymiarowe zarodki nowej warstwy albo przez wzrost śrubowy.

Model Chalmersa znajduje potwierdzenie doświadczalne w zaobserwowanych Ipo nagłym przerwaniu krystalizacji) tarasach na ścianach kryształu. Wyjaśnia on wjrost kryształów z ciekłego metalu w warunkach przechłodzenia. Wydaje się, że ogólnej interpretacji procesu krystalizacji stopionych metali należy się spodziewać w rozwoju modelu Chalmersa.

6.3. KRYSTALIZACJA STOPÓW

W czasie krystalizacji stopów stężenia faz stałej i ciekłej na granicy rozdziału są różne. Miernikiem tej różnicy jest tzw. współczynnik rozdziału. W dwuskładnikowym układzie metali A i B, wykazujących wzajemną rozpuszczalność w stanie ciekłym i stałym, współczynnik rozdziału jest stosunkiem stężenia c, składnika B w krystalizującej fazie stałej do średniego stężenia c₀ tego składnika w całej masie roztworu ciekłego

Co

Jeżeli składnik B obniża temperaturę krzepnięcia stopu, to k₀ < 1. Stężenie składnika B w krysztale jest mniejsze niż w cieczy (c, < c₀). Krystalizacja powoduje więc przemieszczanie składnika B do fazy ciekłej (rys. 6.8a, I). Jeżeli składnik B podwyższa temperaturę krzepnięcia stopu, to k₀ > 1 i wymienione zmiany stężenia są odwrotne (c, > c₀) (rys. 6.8a, II). leżeli szybkość krystalizacji jest dostatecznie duża w porównaniu z szybkością dyfuzji w fazie ciekłej, to tworzy się w niej przylegająca do powierzchni rozdziału strefa o stężeniu c_c składnika B, odbiegająca od wartości średniej c₀: dla k₀< 1 c_c> c₀ (rys. 6.8b, I), natomiast dla k₀ > 1 c_t<c₀ (rys. 6.8b, II).

Przebieg krystalizacji stopu zostanie rozpatrzony na przykładzie dwuskładnikowego układu A-B, przy założeniach upraszczających:

1)    k₀ < 1, co oznacza, że składnik B obniża temperaturę topnienia stopu,

2)    k₀ = const. co oznacza, że likwidus i solidus są liniami prostymi,

3)    dyfuzja w stanie ciekłym jest wyłącznym sposobem transportu materii, a dyfuzja w stanie stałym jest pomijalna,

4)    stężenie kryształu c₅ = k₀c₀ oznacza, że na powierzchni rozdziału faz zachowana jest równowaga.