Leszek A. Dobrzański - Rozdział 4 - Kształtowanie struktury i własności metali i stopów metodami technicznymi.pdf

(63478 KB) Pobierz

43546660 UNPDF

4 rozA 7-11-02 19:45 Page 1

Kształtowanie

struktury

iwłasności

metali istopów

metodami

technologicznymi

43546660.365.png

4 rozA 7-11-02 19:45 Page 212

4.1. Mechanizmy

iwarunki krystalizacji

4.1.1. Ciekły igazowy stan skupienia metali

STANY SKUPIENIA METALI

Metale mogą występować w trzech stanach skupienia – gazowym, ciekłym

i stałym.

STAN GAZOWY METALI

W stanie gazowym metale mają strukturę całkowicie nieuporządkowaną. Odle-

głość między atomami jest znaczna, tak że prawie nie występują między nimi od-

działywania. Pary metali mają własności zbliżone do gazu doskonałego i najwięk-

szą ze wszystkich stanów skupienia energię swobodną.

CIECZ METALICZNA

Rysunek 4.1

Wykres równowagi faz w układzie jednoskładnikowym

Mniejszą energię swobodną ma fa-

za ciekła. Wstanie ciekłym atomy me-

tali cechują się zbliżonym do stanu

krystalicznego uporządkowaniem bli-

skiego zasięgu, nie wykazując jednak

uporządkowania dalekiego zasięgu,

charakterystycznego dla kryształów.

Odległość między środkami atomów

metalu w stanie ciekłym wynosi od

jednej do dwu średnic atomów. Ato-

my cieczy statystycznie stanowią jed-

nak zbiór nieuporządkowany, wyko-

nując ruch drgający o amplitudzie

znacznie większej niż wstanie stałym.

Zespół bliskiego uporządkowania sta-

nowią atomy cieczy, które przypadko-

wo i chwilowo zajmują położenia zbli-

żone do charakterystycznych dla sta-

nu krystalicznego. Zespoły takie usta-

wicznie tworzą się i znikają w różnych miejscach cieczy o bezładnym rozłożeniu

atomów. Stała zmiana struktury cieczy metalicznej jest spowodowana bardzo dużą

ruchliwością atomów, które wstanie ciekłym wykazują szybkość dyfuzji okilka rzę-

dów większą niż w stanie stałym.

Warunkiem równowagowego występowania metalu w określonym stanie sku-

pienia jest osiągnięcie wymaganego ciśnienia i temperatury (rys. 4.1 ).

212

43546660.376.png

43546660.387.png

43546660.398.png

43546660.001.png

43546660.012.png

43546660.023.png

43546660.034.png

43546660.045.png

43546660.056.png

43546660.067.png

43546660.078.png

43546660.089.png

43546660.100.png

43546660.111.png

43546660.122.png

43546660.133.png

43546660.144.png

43546660.155.png

43546660.166.png

43546660.177.png

43546660.188.png

43546660.199.png

43546660.210.png

43546660.221.png

43546660.232.png

43546660.243.png

43546660.254.png

43546660.265.png

43546660.276.png

43546660.287.png

43546660.298.png

43546660.309.png

43546660.320.png

43546660.331.png

43546660.342.png

43546660.347.png

43546660.348.png

43546660.349.png

43546660.350.png

43546660.351.png

43546660.352.png

43546660.353.png

43546660.354.png

43546660.355.png

43546660.356.png

43546660.357.png

43546660.358.png

43546660.359.png

43546660.360.png

43546660.361.png

43546660.362.png

43546660.363.png

43546660.364.png

43546660.366.png

43546660.367.png

43546660.368.png

43546660.369.png

43546660.370.png

43546660.371.png

43546660.372.png

43546660.373.png

43546660.374.png

43546660.375.png

43546660.377.png

43546660.378.png

43546660.379.png

43546660.380.png

43546660.381.png

43546660.382.png

43546660.383.png

43546660.384.png

43546660.385.png

43546660.386.png

43546660.388.png

43546660.389.png

43546660.390.png

43546660.391.png

43546660.392.png

43546660.393.png

43546660.394.png

43546660.395.png

43546660.396.png

43546660.397.png

43546660.399.png

43546660.400.png

43546660.401.png

43546660.402.png

43546660.403.png

43546660.404.png

43546660.405.png

43546660.406.png

43546660.407.png

43546660.408.png

43546660.002.png

43546660.003.png

43546660.004.png

43546660.005.png

43546660.006.png

4 rozA 7-11-02 19:45 Page 213

4.1. Mechanizmy iwarunki krystalizacji

4.1.2. Termodynamiczne warunki krystalizacji

RÓWNOWAGA TERMODYNAMICZNA KRYSTALIZACJI

F L

Metale i stopy bardzo często są

stosowane w postaci odlewów, otrzy-

mywanych w wyniku krzepnięcia cie-

czy metalicznej w formach piasko-

wych lub metalowych. Metalowe

wlewki stanowią półprodukt do wy-

twarzania produktów obrobionych

plastycznie, w której to postaci jest

stosowana znaczna część metali. Z te-

go względu do przemian fazowych –

najbardziej istotnych w metalurgii –

należy krystalizacja , tj. szczególny ro-

dzaj krzepnięcia, w którym ciecz me-

taliczna ulega przemianie w stan stały

o budowie krystalicznej. Jak w każdej

przemianie fazowej, i w tym przypad-

ku układ dąży do osiągnięcia równo-

wagi termodynamicznej. Przemiana

ta, podobnie jak wszystkie nieodwra-

calne procesy samorzutne, przebiega

w kierunku zmniejszenia energii swo-

bodnej, a warunki równowagi odpo-

wiadają minimum tej funkcji (rys.

4.2 ). Przy stałym ciśnieniu równowa-

ga termodynamiczna zachodzi w tem-

peraturze równowagi T R energii swo-

bodnej faz stałej F S i ciekłej F L .

W temperaturze niższej od T R nastę-

puje krystalizacja. Można jednak uwa-

żać, że wrzeczywistości wkażdej tem-

peraturze, w której występuje jeszcze

faza ciekła, jednocześnie i niezależnie

przebiegają procesy krystalizacji itop-

nienia. Szybkość procesu wypadkowe-

go przemieszczania się granicy roz-

działu faz ciekłej istałej

F S

T R

Rysunek 4.2

Zależność energii swobodnej faz stałej i ciekłej od temperatury

v T

v K

v

T R

jest różnicą

między szybkościami krystalizacji

K

υ T (rys. 4.3 ). W tempera-

turze niższej od T R następuje krystali-

zacja, ponieważ mniejsza jest energia

swobodna fazy stałej w porównaniu

z fazą ciekłą, a szybkość krystalizacji

jest większa niż szybkość topnienia.

Rysunek 4.3

Zależność szybkości topnienia i krystalizacji oraz szybkości

przemieszczania się granicy rozdziału faz od temperatury

213

i topnienia

43546660.007.png

43546660.008.png

43546660.009.png

43546660.010.png

43546660.011.png

43546660.013.png

43546660.014.png

43546660.015.png

43546660.016.png

43546660.017.png

43546660.018.png

43546660.019.png

43546660.020.png

43546660.021.png

43546660.022.png

43546660.024.png

43546660.025.png

43546660.026.png

43546660.027.png

43546660.028.png

43546660.029.png

43546660.030.png

43546660.031.png

43546660.032.png

43546660.033.png

43546660.035.png

43546660.036.png

43546660.037.png

43546660.038.png

43546660.039.png

43546660.040.png

43546660.041.png

43546660.042.png

43546660.043.png

43546660.044.png

43546660.046.png

43546660.047.png

43546660.048.png

43546660.049.png

43546660.050.png

43546660.051.png

43546660.052.png

43546660.053.png

43546660.054.png

43546660.055.png

43546660.057.png

43546660.058.png

43546660.059.png

43546660.060.png

43546660.061.png

43546660.062.png

43546660.063.png

43546660.064.png

43546660.065.png

43546660.066.png

43546660.068.png

43546660.069.png

43546660.070.png

43546660.071.png

43546660.072.png

43546660.073.png

43546660.074.png

43546660.075.png

43546660.076.png

43546660.077.png

43546660.079.png

43546660.080.png

43546660.081.png

43546660.082.png

43546660.083.png

43546660.084.png

43546660.085.png

43546660.086.png

43546660.087.png

43546660.088.png

43546660.090.png

43546660.091.png

43546660.092.png

43546660.093.png

43546660.094.png

43546660.095.png

43546660.096.png

43546660.097.png

43546660.098.png

43546660.099.png

43546660.101.png

43546660.102.png

43546660.103.png

43546660.104.png

43546660.105.png

43546660.106.png

43546660.107.png

43546660.108.png

43546660.109.png

43546660.110.png

43546660.112.png

43546660.113.png

43546660.114.png

43546660.115.png

43546660.116.png

43546660.117.png

43546660.118.png

4 rozA 7-11-02 19:45 Page 214

4. Kształtowanie struktury iwłasności metali istopów

metodami technologicznymi

PRZECHŁODZENIE

T niższej od

temperatury równowagi T R (rys. 4.4b i c). Przy nieznacznym przechłodzeniu,

w czasie chłodzenia z niezbyt dużą szybkością, utajone ciepło krzepnięcia – wy-

dzielając się – podnosi temperaturę krzepnięcia metalu do temperatury równowa-

gi T R , w której występuje przystanek izotermiczny (rys. 4.4b). Przy dużym prze-

chłodzeniu, odpowiadającym znacznej szybkości chłodzenia, przystanek izoter-

miczny występuje w temperaturze niższej od temperatury równowagi T R (rys.

4.4c).

Rysunek 4.4

Krzywe chłodzenia

a) teoretyczna,

b) i c) rzeczywiste

T R

T R

T R

4.1.3. Tworzenie zarodków krystalizacji

ZARODKI KRYSTALIZACJI

10 6

Krystalizacja przebiega przez zarodkowa-

nie iwzrost zarodków. Zarodkami krystaliza-

cji w fazie ciekłej są zespoły bliskiego upo-

rządkowania o wielkości większej od krytycz-

nej, do których przyłączają się kolejno na-

stępne atomy. Natomiast zespoły bliskiego

uporządkowania o wielkości podkrytycznej,

zwane niekiedy embrionami , ulegają rozpusz-

czeniu w cieczy.

Rozróżnia się zarodkowanie homogenicz-

ne i heterogeniczne, z założeniem, że krzep-

nący układ ciecz metaliczna–kryształ jest

statyczny, znajduje się pod stałym ciśnie-

niem i w spoczynku oraz nie podlega działa-

niu pola elektrycznego i magnetycznego.

Rysunek 4.5

Schemat zmian promienia krytycznego zarodka podczas

zarodkowania homogenicznego w zależności od przechłodzenia

(według B. Chalmersa)

214

Wczasie nieskończenie wolnego chłodzenia cieczy metalicznej wtemperaturze

krzepnięcia, odpowiadającej temperaturze równowagi T R , występuje przystanek

izotermiczny. Podczas krzepnięcia następuje bowiem wydzielanie się utajonego

ciepła krzepnięcia, co uniemożliwia dalsze obniżanie temperatury (rys. 4.4 a). Spa-

dek temperatury następuje dopiero po całkowitym zakrzepnięciu metalu. W rze-

czywistych warunkach, przy dosyć znacznej szybkości chłodzenia, występuje tzw.

przechłodzenie . Krzepnięcie metalu rozpoczyna się wtemperaturze o

43546660.119.png

43546660.120.png

43546660.121.png

43546660.123.png

43546660.124.png

43546660.125.png

43546660.126.png

43546660.127.png

43546660.128.png

43546660.129.png

43546660.130.png

43546660.131.png

43546660.132.png

43546660.134.png

43546660.135.png

43546660.136.png

43546660.137.png

43546660.138.png

43546660.139.png

43546660.140.png

43546660.141.png

43546660.142.png

43546660.143.png

43546660.145.png

43546660.146.png

43546660.147.png

43546660.148.png

43546660.149.png

43546660.150.png

43546660.151.png

43546660.152.png

43546660.153.png

43546660.154.png

43546660.156.png

43546660.157.png

43546660.158.png

43546660.159.png

43546660.160.png

43546660.161.png

43546660.162.png

43546660.163.png

43546660.164.png

43546660.165.png

43546660.167.png

43546660.168.png

43546660.169.png

43546660.170.png

43546660.171.png

43546660.172.png

43546660.173.png

43546660.174.png

43546660.175.png

43546660.176.png

43546660.178.png

43546660.179.png

43546660.180.png

43546660.181.png

43546660.182.png

43546660.183.png

43546660.184.png

43546660.185.png

43546660.186.png

43546660.187.png

43546660.189.png

43546660.190.png

43546660.191.png

43546660.192.png

43546660.193.png

43546660.194.png

43546660.195.png

43546660.196.png

43546660.197.png

43546660.198.png

43546660.200.png

43546660.201.png

43546660.202.png

43546660.203.png

43546660.204.png

43546660.205.png

43546660.206.png

43546660.207.png

43546660.208.png

43546660.209.png

43546660.211.png

43546660.212.png

43546660.213.png

43546660.214.png

43546660.215.png

43546660.216.png

43546660.217.png

43546660.218.png

43546660.219.png

43546660.220.png

43546660.222.png

43546660.223.png

43546660.224.png

43546660.225.png

43546660.226.png

43546660.227.png

43546660.228.png

43546660.229.png

43546660.230.png

43546660.231.png

43546660.233.png

43546660.234.png

4 rozA 7-11-02 19:45 Page 215

4.1. Mechanizmy iwarunki krystalizacji

ZARODKOWANIE HOMOGENICZNE

Rysunek 4.6

Zależność szybkości

zarodkowania od

przechłodzenia

podczas zarodkowania

homogeniczego

i heterogenicznego

Zarodkowanie homogeniczne zachodzi

wcieczy metalicznej całkowicie jednorodnej,

a w jego wyniku powstaje zupełnie jednorod-

na faza stała. Zarodki w kształcie kul, utwo-

rzone wdowolnych miejscach wcałej objęto-

ści cieczy zzespołów bliskiego uporządkowa-

nia, osiągają promień krytyczny R * przy

znacznym przechłodzeniu, czyli znacznym

obniżeniu temperatury poniżej temperatury

równowagi T R (rys. 4.5 ). Szybkość zarodko-

wania jest bardzo mała, po czym zwiększa

się dopóty, dopóki przechłodzenie nie osią-

gnie wartości krytycznej, by następnie gwał-

townie się zmniejszyć (rys. 4.6 ).

ZARODKOWANIE HETEROGENICZNE

Rysunek 4.7

Schemat zarodkowania

heterogenicznego krysta-

lizacji oraz wpływ kształtu

powierzchni podłoża

na jego objętość

a) podłoże wklęsłe,

b) podłoże płaskie,

c) podłoże wypukłe

Mechanizm zarodkowania heterogenicz-

nego polega na tworzeniu zarodka na obcym

podłożu o stanie stałym. Funkcję podłoża

spełniają ściany formy odlewniczej i cząstki

wysokotopliwych zanieczyszczeń znajdujące

się w stanie stałym w cieczy metalicznej. Za-

rodek podkrytyczny, powstający na płasz-

czyźnie podłoża, ma kształt kulistej czaszy

(rys. 4.7 ). Promień krzywizny R takiego za-

rodka jest znacznie większy od promienia

kuli o tej samej objętości. Przy stałym prze-

chłodzeniu zarodkowanie zachodzi najła-

twiej, gdy objętość zarodka jest minimalna.

Dlatego zarodek heterogeniczny osiąga wiel-

kość krytyczną przy znacznie mniejszym

przechłodzeniu niż kulisty zarodek homoge-

niczny o tej samej objętości. Zarodek hetero-

geniczny można scharakteryzować kątem

styku Θ jego powierzchni zpłaszczyzną pod-

łoża. Przy stałym przechłodzeniu czasza ku-

lista ookreślonej objętości wykazuje większy

promień przy mniejszym kącie styku

215

.

Z kolei – do utworzenia zarodka heteroge-

nicznego przy małym kącie styku Θ jest wy-

magane małe przechłodzenie, chociaż nastę-

puje to przy większym krytycznym promie-

niu R * czaszy kulistej zarodka (rys. 4.8 ).

43546660.235.png

43546660.236.png

43546660.237.png

43546660.238.png

43546660.239.png

43546660.240.png

43546660.241.png

43546660.242.png

43546660.244.png

43546660.245.png

43546660.246.png

43546660.247.png

43546660.248.png

43546660.249.png

43546660.250.png

43546660.251.png

43546660.252.png

43546660.253.png

43546660.255.png

43546660.256.png

43546660.257.png

43546660.258.png

43546660.259.png

43546660.260.png

43546660.261.png

43546660.262.png

43546660.263.png

43546660.264.png

43546660.266.png

43546660.267.png

43546660.268.png

43546660.269.png

43546660.270.png

43546660.271.png

43546660.272.png

43546660.273.png

43546660.274.png

43546660.275.png

43546660.277.png

43546660.278.png

43546660.279.png

43546660.280.png

43546660.281.png

43546660.282.png

43546660.283.png

43546660.284.png

43546660.285.png

43546660.286.png

43546660.288.png

43546660.289.png

43546660.290.png

43546660.291.png

43546660.292.png

43546660.293.png

43546660.294.png

43546660.295.png

43546660.296.png

43546660.297.png

43546660.299.png

43546660.300.png

43546660.301.png

43546660.302.png

43546660.303.png

43546660.304.png

43546660.305.png

43546660.306.png

43546660.307.png

43546660.308.png

43546660.310.png

43546660.311.png

43546660.312.png

43546660.313.png

43546660.314.png

43546660.315.png

43546660.316.png

43546660.317.png

43546660.318.png

43546660.319.png

43546660.321.png

43546660.322.png

43546660.323.png

43546660.324.png

43546660.325.png

43546660.326.png

43546660.327.png

43546660.328.png

43546660.329.png

43546660.330.png

43546660.332.png

43546660.333.png

43546660.334.png

43546660.335.png

43546660.336.png

43546660.337.png

43546660.338.png

43546660.339.png

43546660.340.png

43546660.341.png

43546660.343.png

43546660.344.png

43546660.345.png

43546660.346.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Układ żelazo-węgiel nom.ppt (1112 KB)
Leszek A. Dobrzański - Rozdział 4 - Kształtowanie struktury i własności metali i stopów metodami technicznymi.pdf (63478 KB)
Leszek A. Dobrzański - Rozdział 3 - Struktura i umocnienie metali i stopów.pdf (33199 KB)
Odkształcenie i pękanie - Blicharski.pdf (62945 KB)
twardość1.pdf (74 KB)

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin