75203 IMG2 123 (2)

6. Krystalizacja z fazy ciekłej

Rys. 6.10. Kierunkowa krystalizacja: a) schemat procesu, b) rozkład domieszek we wlewku 1 - intensywne mieszanie (maksymalna segregacja), 2 - częściowe mieszanie (przeciętna segreg^ 3 - brak mieszania (minimalna segregacja)

6.3. Krystalizacja stopów

gp 6.11- Zależność c„/c₀ od x dla różnych wartości k podczas kierunkowej krystalizacji z częściowym

mieszaniem

(LJo). kr

2 = 1 +

(6.16)

>u stron Iługości

w głąb fazy stałej (warunki równoznaczne z intensywnym mieszaniem cieczt - krzywa |

-    minimalną, występującą przy szybkości krystalizacji tak dużej, że na gradiec: stężenia na granicy rozdziału faz wpływa tylko dyfuzja w fazie ciekłej (warunki odpowiadające brakowi mieszania cieczy) - krzywa 3,

-    przeciętną, najczęstszą w praktyce, występującą przy takim stosunku szybkości krystalizacji i wyrównywania stężenia w roztworze ciekłym, że na gradient stężenii wywiera wpływ dyfuzja i konwekcja (warunki odpowiadające częściowemu mięsa niu cieczy) - krzywa 2.

Częściowe mieszanie cieczy, przy fc₀ < 1, sprawia, że faza stała jest czystsza« ciekłej, z której krystalizuje. Na granicy rozdziału faz następuje przemieszczani domieszek do cieczy, w której z powodu ograniczonej szybkości dyfuzji tworzy si' pewnej grubości strefa o większym od średniego stężeniu domieszek. Grubość it strefy jest ograniczona konwekcyjnymi ruchami (mieszaniem) cieczy. Przy ustalonych warunkach procesu stężenie domieszek w cieczy bezpośrednio stykającej ś z powierzchnią rozdziału faz wynosi c_c = (k/k₀)c₀. Jeżeli rzeczywisty współczynnł rozdziału k jest podczas procesu stały, to stężenie domieszek w skrzepniętym wlewku| w odległości x od jego początku wyraża równanie:

= M    (6.15)1

Zależność c,Jc_Q od x dla wlewka o jednostkowej długości, przy różnych wartościacł k, przedstawiono na rys. 6.11.

Jeżeli mieszanie cieczy nie zachodzi, to przy k₀ < 1 strefa fazy ciekłej stykająca sit bezpośrednio z powierzchnią rozdziału faz ma duże stężenie domieszek c_c = cA w początkowym okresie krystalizacji, dopóki nie osiągnie ono we wlewku wartość i c₀. Wówczas stężenie domieszek w strefie cieczy przylegającej do powierzchn

rozdziału faz ustala się. Odpowiedni rozkład domieszek w fazie ciekłej w odległości % od powierzchni rozdziału faz określa równanie:

XV,

^exP(-yl-

W początkowym okresie krystalizacji w fazie ciekłej występuje chwilowy, początkowy rozkład domieszek, przy czym ich stężenie w fazie stałej jest znacznie mniejsze niż w fazie ciekłej. Zmiana szybkości krystalizacji zmienia stężenie domieszek, które ustala się w fazie ciekłej i stałej, dając chwilowy pośredni rozkład domieszek - odpowiadający stałej prędkości krystalizacji. Stężenie domieszek w fazie stałej gwałtownie powiększa się, osiągając w ostatnim momencie procesu wartość, jaka występowała w ostatnich kroplach fazy ciekłej. W tym okresie występuje chwilowy, końcowy rozkład domieszek.

6.3.2. Topienie strefowe

Topienie strefowe polega na stapianiu i krystalizacji wąskiej strefy wlewka, przesuwającej się w sposób ciągły wzdłuż jego długości.

Zagadnienie zostanie rozpatrzone na przykładzie wlewka w kształcie walca, przy założeniu płaskiej powierzchni rozdziału faz, prostopadłej do kierunku dyfuzji i przepływu ciepła, zachodzących wzdłuż osi wlewka (rys. 6.12). Przy założeniu stałych w czasie warunków procesu, strefa ciekłego metalu ograniczona z obu stron powierzchniami rozdziału faz przesuwa się ze stałą szybkością wzdłuż długości wlewka.