Кристалізація металів

Кристалізацією називається процес переходу металів із рідкого стану у тверде, коли в металі формуються кристалічні гратки.

У 1878 р. російський вчений металург Д. К. Чернов установив, що затвердіння металів починається з утворення центрів (зародків) кристалізації. Від них зростають первинні (головні) осі майбутніх кристалів, потім перпендикулярно до них – осі вищих порядків. Такі первинні кристали, що нагадують зовнішнім виглядом дерево, одержали назву дендритів (від гр. дендрон - дерево). Подальший ріст дендритів і формування кристалів відбуваються за рахунок рідкого металу, що заповнює міжосьовий простір. При рості кристали у визначений момент зштовхуються, перешкоджають росту один іншого в різних напрямках, у результаті чого набувають випадкової зовнішньої форми . Такі кристали називають зернами. Розмір і кількість зерен до кінця кристалізації залежать від швидкості зародження (кількості центрів) і росту кристалів, що, у свою чергу, визначаються швидкістю охолодження металу, що твердіє. З підвищенням швидкості охолодження число зародків збільшується в більшому ступені, чим швидкість їхнього росту, тому розмір зерен у металі зменшується.

Загальні відомості про побудову сплавів

Металевими сплавами називають складні з’єднання (суміші) на основі металів, що зберігають високу електро- і теплопровідність, ковкість і інші властивості. Сплави можуть складатися з декількох металів або металів і неметалів. У техніці метали і їхні сплави звичайно відносять до однієї групи матеріалів – до металів.

У рідкому стані більшість сплавів однорідні й у фізико-хімічному розумінні представляють одну фазу. Після затвердіння в сплаві може утворитися декілька фаз. Кількість фаз і їхньої природи визначаються характером взаємодії компонентів сплаву при затвердінні.

Якщо компоненти сплаву розчиняються один в іншому, то утворяться так називані тверді розчини. При цьому атоми розчиненого компонента або заміщають атоми розчинника в його кристалічних решітках, або впроваджуються в неї. Такі сплави є однофазними і складаються із зерен твердого розчину з кристалічними решітками компонента-розчинника. У випадку обмеженої розчинності компонентів утвориться двофазний сплав, у якому другою фазою може бути чистий компонент або його хімічне (металеве) з"єднання з іншим компонентом.

Якщо при затвердінні компоненти сплаву не взаємодіють між собою, то утвориться механічна суміш зерен кожного з компонентів. Механічна суміш сплаву може складатися з двох і більшого числа фаз. При цьому кожна з фаз зберігає свій тип кристалічної решітки.

Ряд компонентів при затвердінні можуть вступати в хімічну взаємодію й утворювати хімічні сполуки як металів із неметалами (наприклад, карбід заліза Fe3C), так і металів із металами (наприклад, CuAl2 ); останні зазвичай називають металевими з"єднаннями.

Таким чином, фазами в сплавах можуть бути: чисті компоненти, тверді розчини або хімічні (металеві) з"єднання. Комбінації цих фаз утворять структурні складових сплавів, що характеризуються однорідною будовою.