Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Вайнгард У. -> "Введение в физику кристализации металлов" -> 20

Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.

Вайнгард У. Введение в физику кристализации металлов — М.: Мир , 1967. — 170 c.
Скачать (прямая ссылка): vvedenievfizikukristalizaciimetallov1967.djvu
Предыдущая << 1 .. 14 15 16 17 18 19 < 20 > 21 22 23 24 25 26 .. 43 >> Следующая


Эта структура состоит из ряда параллельных элементов, имеющих форму стержней и расположенных в направлении кристаллизации. Стержни имеют в поперечном сечении форму правильных шестиугольников, и выявленная методом слива оставшейся жидкости структура на фронте кристаллизации представляет собой совокупность шестиугольных ячеек (фото 5 [9]). Верхняя свободная поверхность кристаллов, обладающих такой структурой, волнистая, как показано на фото 6 [10].

Центр ячейки выдвинут в жидкость больше, чем ее границы, и при &о<1 границы ячейки обогащены примесью. Эти данные могут быть объяснены в соответствии с теорией концентрационного переохлаждения. Предположим, что кристалл растет при таких условиях, что примесь скапливается впереди движущегося фронта кристаллизации и возникает переохлаждение. Любой, случайно образующийся на фронте кристаллизации 76

Г лава 10

выступ попадает в область концентрационного переохлаждения, что приводит к его развитию. Так как примесь отводится образовавшимся выступом точно так же, как и гладким участком фронта, то возникший выступ становится устойчивым образованием на фронте кристаллизации. Другими словами, выступ создает свой собственный слой с повышенной концентрацией примеси, что способствует возникновению переохлаждения. Вследствие того что примесь от выступа отводится в направлении, параллельном фронту кристаллизации, рост выступа в этом направлении затруднен, и поэтому он занимает ограниченную площадь на фронте кристаллизации. Ряд таких выступов, каждый из которых оказывает определенное влияние на близлежащую поверхность фронта кристаллизации, образует ячеистую структуру, представленную на фото 5.

В результате возникновения бокового диффузионного потока примесь скапливается на границах ячеек при й0<1. Если &о>1, границы ячеек обеднены примесью; это положение может быть подтверждено при анализе структуры, выявленной на фронте кристаллизации в сплаве олова с сурьмой (фото 7) [11]. Тонкие линии, видимые на фотографии, представляют собой царапинки, нанесенные щеткой на поверхности фронта кристаллизации; грубая линия нанесена лезвием бритвы. Видно, что центр ячеек несколько выступает над плоскостью, а для того чтобы образовавшаяся структура на фронте кристаллизации была устойчивой при существующем температурном градиенте, центр ячеек должен иметь более высокую температуру плавления, чем их граница. Таким образом, если &о>1, центр ячейки должен быть обогащен примесью.

Количественные соотношения между условиями образования ячеистой структуры и переохлаждением. Для выяснения количественной связи между условиями образования ячеистой структуры и величиной концентрационного переохлаждения были проведены эксперименты на очень чистых (очищенных зонной плавкой) материалах. Образцы с известной концентрацией примеси выращивались с различными скоростями при разных темпера- Структура роста в сплавах

77

турных градиентах для того, чтобы выяснить изменения в структуре фронта кристаллизации при наличии пере« охлаждения, т. е. при

G1 Cn / I — An \

Фиг. 37. Условия образования ячеистой структуры в очищенном зонной плавкой олове с добавками свинца [12].

/ — ячейки; 2 —неправильные ячейки; 3 — точки;

4— плоский фроит кристаллизации.

Если кристаллы растут при таких условиях, что переохлаждение не возникает, фронт кристаллизации гладкий. Если отношение GJR несколько меньше, чем следует из равенства в формуле (7.1), то на фронте кристаллизации появляются очень маленькие выступы, образующие так называемую точечную структуру. Если условия кристаллизации таковы, что в соответствии с выражением (7.1) в сплаве возникает значительное переохлаждение, то на фронте кристаллизации образуется ячеистая структура. Данные опытов со свинцом, растворенным в олове, приведены на фиг. 37 [12J. 78

Г лава 10

Эксперименты по исследованию формы ячеистой структуры в зависимости от величины переохлаждения подтвердили линейную связь между GJR и C0. Эти эксперименты показали также, что в сплавах, кристаллизующихся в отсутствие значительного переохлаждения, фронт кристаллизации является плоским, как и в чистых металлах.

§ 2. Переход от ячеистой структуры к дендритной

При дальнейшем увеличении термического или концентрационного переохлаждения ячеистая структура превращается в дендритную. При наличии в жидкости термического переохлаждения (при отрицательном температурном градиенте) какая-либо ячейка, оказавшись впереди своих соседей, начинает расти быстрее и развиваться, образуя ветви дендрита. Однако в большинстве случаев дендритная структура в сплавах является следствием возникновения концентрационного переохлаждения. Если переохлаждение становится больше некоторой критической величины, при которой еще происходит образование ячеистой структуры, то на всех ячейках начинают образовываться ветви и они превращаются в дендриты.

Как и в случае образования ячеистой структуры, эксперименты, поставленные для выяснения количественных закономерностей образования дендритной структуры, были проведены на очень чистых металлах. В отличие от случая образования ячеистой структуры в настоящее время нет количественной теории образования дендритной структуры в сплавах, так как в противоположность случаю плоского фронта кристаллизации распределение примесей впереди ячеистого фронта кристаллизации не может быть точно рассчитано для различных условий роста. Если предположить, что распределение примесей не сильно отличается от распределения, существующего перед плоским фронтом кристаллизации, то образование дендритной структуры будет зависеть от величины концентрационного переохлаждения и, таким образом, OT Сц, А и Структура роста в сплавах
Предыдущая << 1 .. 14 15 16 17 18 19 < 20 > 21 22 23 24 25 26 .. 43 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed