Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
Конечно, существует весьма обширный материал, относящийся к кристаллизации эвтектических сплавов, однако даже рассмотренные здесь особенности кристаллизации этих сплавов показывают, что с помощью довольно простых рассуждений можно достаточно полно проанализировать весьма сложные структуры, образующиеся в эвтектических сплавах.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Tiller W. А., в сб. «Liquid Metals and Solidification», Cleveland, 1958, p. 276. (Имеется перевод в сб. «Жидкие металлы и их затвердевание», M., 1962, стр. 307.) Scheil E., Zs. Metallkunde, 45, 298 (1954).
Эвтектическая кристаллизация. Portevin A. M., Journ. Inst. Metals, 29, 239 (1923).
Структура эвтектик. .Winegard W. С., Met. Rev., 6 (21), 57 (1961). Основы кристаллизации металлов. Кристаллизация эвтектических сплавов
119
Chadwick G. А., в сб. «Progress in Materials Science», vol. XII
(2), Oxford, 1963, p. 99. *Б о ч в а p А. А., Механизм и кинетика кристаллизации сплавов эвтектического типа. ОНТИ, M-, 1935. "Добаткин В. И., Слитки алюминиевых сплавов, M., 1960. Тречный Я. В., Изв. АН СССР, ОТН, № 3, 77 (1956). "Григорович В. Р., в сб. «Физико-химические основы металлургических процессов», M., 1964, стр. 196. Глава 11 ЗОННАЯ ОЧИСТКА
При рассмотрении сегрегационных явлений в гл. 9 подчеркивалось, что образование сегрегаций весьма нежелательно, о чем следует всегда помнить. Ното, что при затвердевании сплавов возникающая твердая фаза
Фиг. 57. Диаграмма состояния системы с непрерывным рядом твердых растворов.
всегда отличается по составу от жидкости, из которой она образовалась, может быть использовано для очистки металлов.
Обращаясь к диаграмме состояния, приведенной на фиг. 57, можно показать, что первая порция твердой фазы, образующейся из расплава с исходным составом X, будет иметь состав У. Совершенно очевидно, что если эту первую возникшую порцию твердой фазы изъять из тигля, расплавить и затем дать ей возможность закристаллизоваться снова, то первая порция, образовавшаяся из этого расплава, будет иметь состав Z Зонная очистка
121
и, повторяя эту операцию достаточное число раз, можно в конце концов получить очень небольшое количество чистого металла. Конечно, при таком методе получения чистого металла возникают трудности, связанные с отделением первых малых порций образовавшейся твердой фазы от остального расплава. Предложенный Пфан-ном метод зонной очистки является тем практическим путем, который позволяет отделить первую порцию твердой фазы от всей остальной.
Суть метода состоит в том, что на одном конце образца металла, подвергаемого очистке, создается расплавленная зона и эта зона медленно перемещается вдоль образца; по мере перемещения зоны происходит образование твердой фазы, более чистой, чем жидкость, из которой она образуется; этот процесс продолжается до тех пор, пока расплавляемая с другой стороны зоны твердая фаза имеет исходную концентрацию примеси. После перемещения зоны по всему образцу по его длине возникает градиент концентрации; возникновение этого градиента зависит от условий кристаллизации, что подробно рассматривалось в разделе «Нормальная ликвация» (см. гл. 9). После того как зона достигнет конца образца, она снова создается в его начале, где теперь находится металл, более чистый, чем он был перед первым проходом и, следовательно, металл, кристаллизующийся при перемещении зоны, будет чище, чем он был после первого переплава. Если коэффициент распределения примеси ko меньше единицы, то, очевидно, примеси будут отводиться к концу образца и после нескольких зонных проходов в начале образца может быть получен очень чистый материал. Наоборот, если коэффициент распределения примеси больше единицы, количество примеси в начале образца будет больше, чем в конце.
§ 1. Эффективность очистки
Эффективность очистки зависит от многих факторов, и в частности от интенсивности перемешивания жидкости, длины расплавленной зоны и скорости ее переме- 122
Г лава 10
щения. Представляется целесообразным рассмотреть роль каждого из этих факторов в отдельности.
Перемешивание жидкости. Как уже отмечалось выше, твердая фаза, образующаяся при затвердевании сплава, содержит обычно меньше примеси, чем жидкость, из которой она кристаллизуется. Это приводит к тому, что жидкость, находящаяся в непосредственном контакте
Расстояние X
Фиг. 58. Кривые распределения примеси в твердой фазе после одного прохода расплавленной, зоны при различных условиях.
А —исходное распределение; В —перенос вещества только за счет диффузии в жидкости; С —полное перемешивание жидкости.
с твердой фазой, обогащается примесью и, если в жидкости отсутствует конвективное перемешивание, концентрация примеси в жидкости на фронте кристаллизации быстро возрастает до C0Ik0. Как только это произойдет, концентрация примеси в образующейся твердой фазе становится C0. Если такое положение будет иметь место при перемещении расплавленной зоны в процессе очистки, то степень очистки будет очень небольшой, так как металл только первых двух или трех миллиметров образца будет иметь более низкую концентрацию примеси.
