Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
T L= T0-(TnCl), (6.2)
где Tl — температура ликвидус жидкости состава Cl, a T0 — температура кристаллизации чистого металла.
Используя выражения (6.1) и (6.2), можно получить равновесную температуру ликвидус для жидкости любой концентрации:
Tl=T0- тС0(l + I=^l (6.3)
Кривая распределения примеси в жидкости, описываемая выражением (6.1), и кривая равновесной температуры ликвидус, описываемая выражением (6.3), схематически представлены на фиг. 32 (а и б соответственно).
Температура ликвидус, определенная для какой-либо точки жидкости перед фронтом кристаллизации по кривой, приведенной на фиг. 32, б, не является фактической температурой, соответствующей этой точке. Так как предполагается, что затвердевание происходит только на движущемся фронте кристаллизации, то температура на нем Tі должна соответствовать равновесной температуре ликвидус для жидкости, находящейся на фронте кристаллизации при стационарном режиме. Другими словами,
T1 = T0--^. (6.4)
kO
Температура любой точки х в жидкости может быть записана в виде
T = Ti-sIrGiX, (6.5)
где Gl —температурный градиент в жидкости, a T — фактическая температура в точке х. Используя выражения Фиг. 33. Развитие концентрационного переохлаждения.
Фиг. 34. Устранение зоны переохлаждения при увеличении Gl. 72
Г лава 10
(6.4) и (6.5), можно получить
тС0
T=T0-
*0
GlX-
(6.6)
При наложении графика этой температуры на кривую равновесной температуры ликвидус, приведенную на фиг. 33, видно, что некоторая часть жидкости перед фронтом кристаллизации имеет температуру, более низкую, чем ее температура ликвидус. Это переохлаждение, названное концентрационным, является следствием возникновения в жидкости градиента концентрации.
Зона переохлаждения может быть ликвидирована, если градиент температуры в расплаве сделать равным или большим, чем градиент температуры ликвидус у фронта кристаллизации (фиг. 34). Это имеет место,
если выполняется следующее соотношение: G, тСп I 1 — k. \
1Г >-IT (-I^)- (б-7)
§ 2. Концентрационное переохлаждение при *0>1
Рассмотренные выше положения справедливы также
к
Cq/kg Со кQ Cp
Xe—
Фиг. 35. Угол диаграммы состояния при k0 > 1.
для случая, когда k0>\\ этот случай отвечает диаграмме состояния, приведенной на фиг. 35. Твердая фаза, выделившаяся в начале процесса кристаллизации из расплава состава C0, имеет состав k0C0, что вызывает уменьшение концентрации примеси вблизи фронта кристаллизации. Вследствие диффузии в жидкости примесь будет перемещаться по направлению к фронту, чтобы вырав-нять образовавшийся градиент концентрации. Кривая распределения примеси при стационарном режиме имеет перевернутый внд по сравнению со случаем, когда k0<\. Эта кривая приведена на фиг. 36. Если кривую распределения примеси в жидкости пересчитать на кривую Концентрационное переохлаждение
73
температур ликвидус, то температурная кривая будет иметь ту же форму, что и приведенная на фиг. 32,6.
Таким образом, возникновение концентрационного переохлаждения при определенном распределении примеси и температуры в жидкости перед фронтом кристаллизации не зависит от того, больше или меньше единицы
t
Фронт кристаллизации
Ф и г. 36. Образование зоны концентрационного переохлаждения при k0 > 1.
а — установившееся распределение примеси в жидкости; б —распределение температуры ликвидус перед фронтом кристаллизации.
величина k0. Концентрационное переохлаждение определяет структуру на фронте кристаллизации в сплавах и является одним из наиболее важных понятий, рассмотренных в настоящей книге. 74
Г лава 10
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Tiller W. A., Jackson K. A., Rutter J. W., Chalmers B., Acta Met., 1, 428 (1953).
Перераспределение атомов примесей в процессе кристаллизации металлов.
Elbaum С. E., в сб. «Progress in Metal Physics», vol. VIll1 London, 1959, p. 203.
Субструктуры в кристаллах, выросших из расплава. H и г 1 е D. Т. J., в сб. «Progress in Materials Science», vol. X, Oxford, 1962, p. 102 (имеется перевод в сб. «Процессы роста и выращивание монокристаллов», изд-во «Мир», 1963). Механизм роста кристаллов из расплава. *Л е м м л е й н Г. Г., Секториальное строение кристаллов, изд-во АН СССР, 1948.
'Кузнецов В. Д., Кристаллы и кристаллизация, M., 1953. •Иванцов Г. П., ДАН СССР, 81, 179 (1951). "Каменецка я Д. С., в сб. «Рост кристаллов», т. 8, изд-во «Наука», 1967 (в печати). Глава 7
СТРУКТУРЫ РОСТА В СПЛАВАХ, ОБРАЗУЮЩИХ ТВЕРДЫЙ РАСТВОР
При анализе процессов кристаллизации чистых металлов рассматривались только две возможные формы роста кристаллов: с образованием плоского фронта кристаллизации и дендритная. Точно такие же формы роста встречаются и при кристаллизации сплавов; кроме того, при определенной величине концентрационного переохлаждения может иметь место ячеистый рост кристаллов. Образующаяся ячеистая структура легко может быть выявлена на свободной верхней поверхности образца или на фронте кристаллизации в сплавах, образующихся из расплава.
§ 1. Ячеистая структура
