ПРОЦЕССЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Термодинамические условия кристаллизации. Энергетическое состояние любой системы характеризуется определенным запасом внутренней энергии. Свободной энергией является такая составляющая внутренней энергии, которая в изотермических условиях может быть превращена в работу. Величина свободной энергии изменяется при изменении температуры:

F = U - TS, где

F — свободная энергия, U — полная внутренняя энергия системы, Т — температура, S — энтропия.

Согласно второму закону термодинамики всякая система стремится к минимальному значению свободной энергии.

Кристаллизация начнется

при условии Δ F = F_ж ‑ F_m_в

Для этого необходимо задать

степень переохлаждения: Δ T=T_т ‑ Т_р.

Чем больше степень переохлаждения Δ T, тем больше разность свободных энергий Δ F, тем интенсивнее будет идти кристаллизация.

Стадии кристаллизации:

1 стадия кристаллизации — зарождение центров (зародышей) кристаллизации.

2 стадия кристаллизации — образование главной оси -- оси первого порядка.

3 стадия кристаллизации – образование осей кристаллизации 2 и 3 порядка, перпендикулярных к главной оси.

Такая структура формирует основу будущего кристалла.

Ее называют дендритной структурой (древовидный, древообразный).

4 завершающая стадия кристаллизации – кристаллизация межосного пространства

В результате на завершающей стадии процесса кристаллизации строение кристаллов (зерен) получает неправильную форму.

В результате кристаллизации в металлических материалах образуется зернистая структура.

Величина зерен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла.

В свою очередь на образование центров кристаллизации влияет скорость охлаждения и степень переохлаждения.

Чем выше скорость охлаждения, тем мельче зерно. !!!