IMG
98

5.1. Krzepnięcie czystych metali

Do nieprzerwanego (ciągłego) wzrostu fazy stałej konieczne jest, by temperatura granicy podziału faz była niższa od temperatury równowagi w ciągu całego czasu trwania krystalizacji. Jest to możliwe tylko przy założeniu określonego gradientu temperatur między fazą stałą a ciekłą. Kiedy temperatura powierzchni rozdziału jest niższa od temperatury równowagowej, zachodzi proces krzepnięcia, a wydzielające się ciepło zmniejsza stopień przechłodzenia. Jeśli ciepło krzepnięcia nie jest odprowadzane (w następstwie przewodnictwa cieplnego), likwiduje ono bardzo szybko przechłodzenie i proces krzepnięcia się zatrzymuje.

Przykładowy rozkład temperatury podczas krystalizacji czystych metali, kiedy ciepło krzepnięcia jest odprowadzane przez fazę stałą prostopadle do powierzchni rozdziału, poka-

przed frontem krystalizacji jest

' dT

dx

zano na rysunku 5.3. Gradient temperatury w cieczy

A

v

dodatni. Front krystalizacji przemieszcza się wówczas w prawo z szybkością określoną przez szybkość odprowadzania ciepła krzepnięcia. Rozmiary strefy przechłodzenia ABC mogą być zmniejszone w następstwie zmniejszenia szybkości chłodzenia (zmniejszenie odcinka AB) i zwiększenia gradientu temperatur (skrócenie odcinka AC). W tych warunkach zachodzi powolny wzrost fazy stałej, a powierzchnia rozdziału zajmuje położenie izotermy krystalizacji i pozostaje płaska. Stabilność płaskiego kształtu powierzchni można wyjaśnić w następujący sposób (rys. 5.4). Przypadkowy szybszy wzrost jakiejkolwiek jej części (np. D) natrafi na obszar cieczy, w której występuje mniejsze przechłodzenie. Wzrost kryształu w tym punkcie będzie więc wolniejszy niż w pozostałych obszarach (E) i zaniknie zniekształcenie płaskiego kształtu powierzchni rozdziału.

Rys. 5.3. Rozkład temperatury w pobliżu powierzchni rozdziału fazy stałej i fazy ciekłej

Jeśli stworzy się takie warunki, że temperatura fazy ciekłej będzie niższa od temperatury fazy stałej (ujemny gradient temperatury), to znaczy ciepło krzepnięcia będzie odprowadzane do fazy ciekłej, ciecz będzie się znajdować w stanie przechłodzenia cieplnego. W takiej

208