2.1. Основы материаловедения. Учебнометодический комплекс тема Основы материаловедения Материаловедение
 Скачать 1.6 Mb.
|
|
Кристаллизация металлов и структура атомно-кристаллического строения. Анизотропия кристаллов Любое вещество может находиться в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном. Подавляющие большинство металлов получают путём кристаллизации из жидкого состояния. Кристаллизация протекает в условиях, когда система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с минимумом свободной энергии. Состояние любого вещества определяется температурой и давлением. Возможен переход из одного состояния в другое, если новое состояние в новых условиях является более устойчивым, обладает меньшим запасом энергии. Как известно, любая система обладает запасом внутренней энергии, которая формально состоит из двух частей – свободной энергии F и так называемой связанной энергии TS, тогда F=U- TS, где U – полная энергия; T – абсолютная температура системы; S – энтропия. Энтропия служит мерой внутреннего беспорядка (хаотичности) в расположении частиц системы. Равенство свободных энергий жидкого и твёрдого состояний при температуре, равной TS, обусловливает их сосуществование – состояние равновесия. При температурах ниже TS будет происходить кристаллизация, а выше TS – плавление металла. В этой (•), равной ТS, жидкая и твёрдая фаза обладают одинаковой энергией, металл в обоих состояниях находится в равновесии, поэтому две фазы могут существовать одновременно бесконечно долго. Температура ТS – равновесная или теоретическая температура кристаллизации.  Рисунок 9. Процесс кристаллизации Равновесное состояние – когда в сплаве все фазы, присущие этой системе, оформлены. Это состояние обеспечивается при медленном охлаждении, можно различать размеры и формы фаз. Неравновесное состояние – процесс образования и обособления фаз не закончился, образуется при быстром охлаждении. Изменение температуры приведёт к нарушению равновесия, окажется возможным переход вещества в фазу с меньшей свободной энергией. На кривой 1 показан идеальный процесс кристаллизации металла без переохлаждения. Сначала температура понижается равномерно – кривая идёт вниз. При достижении температуры затвердевания падение температуры прекращается – на кривой образуется горизонтальный участок. Кривые охлаждения при кристаллизации: 1 – теоретическая кривая кристаллизации металла; 2 – кривая кристаллизации металла с переохлаждением; 3 – кривая кристаллизации неметалла Это объясняется тем, что группировка атомов идёт с выделением тепла. По окончании затвердевания температура снова понижается. По закону кристаллизации чистых металлов каждый металл кристаллизуется при строго индивидуальной температуре. Практически кристаллизация протекает несколько иначе, так как часто имеет место переохлаждение, т.е. металл при температуре затвердевания остаётся жидким, и кристаллизация начинается при более низкой температуре. Разница между идеальной и истинной температурой кристаллизации называется степенью переохлаждения. Кривая 2 соответствует процессу кристаллизации с переохлаждением.  Рисунок 10. Процесс кристаллизации Кривая 3 характерна для кристаллизации неметаллов: нет чётко выраженной температуры кристаллизации, затвердевание происходит постепенно. Постоянная температура кристаллизации – это свойство, которое отличает кристаллическое тело от аморфного. Степень переохлаждения является важнейшим фактором, определяющим величину зерна. При большой скорости охлаждения степень переохлаждения больше и зёрна мельче. На участке кривой 1-2 подвод тепла сопровождается повышением температуры металла, сохраняющего свою кристаллическую решётку. На участке 2-3 подвод тепла продолжается, но он не приводит к повышению температуры, т.е. подводимая энергия целиком расходуется на разрушение кристаллической решётки, переход атомов в неупорядоченное состояние. Внешне это проявляется в переходе твёрдого состояния в жидкое. В точке 3 разрушаются последние участки кристаллической решётки, и продолжающийся подвод тепла вызывает повышение температуры жидкого металла (3-4). При охлаждении происходит обратный процесс. На участке 5-6 происходит кристаллизация, сопровождающаяся выделением тепла, которое называется скрытой теплотой кристаллизации. Для начала процесса кристаллизации необходимо, чтобы процесс сопровождался уменьшением свободной энергии системы. Это возможно при охлаждении жидкости ниже температуры ТS. Появление площадки на кривой охлаждения обусловлено тем, что в момент появления первых кристаллов выделяется скрытая теплота кристаллизации, которая и компенсирует охлаждение. Охлаждение жидкости ниже равновесной температуры кристаллизации называется переохлаждением, которое характеризуется степенью переохлаждения ( T ): Т =Ттеор −Ткр. Степень переохлаждения зависит от природы металла, от степени его загрязнённости (чем чище металл, тем больше степень переохлаждения), от скорости охлаждения (чем выше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждения). Следовательно, чем меньше загрязнён металл, тем больше степень переохлаждения при кристаллизации. Если металл очень сильно переохладить, то число центров и скорость роста кристаллов равны нулю, жидкость не кристаллизуется, образуется аморфное тело. Для металлов, обладающих малой склонностью к переохлаждению, экспериментально обнаруживаются только восходящие ветви кривых. Силы взаимодействия между атомами в кристаллах по разным направлениям неодинаковы. Поэтому механические, тепловые, электрические и оптические свойства кристаллов по разным направлениям оказываются различными. Это свойство кристаллов называется анизотропией. Все кристаллы анизотропны,аморфные тела (стекло, смола) изотропны,т.е. имеют одинаковую плотность атомов в различных направлениях. Физические свойства кристалла определяются не его цветом, а внутренним строением. Кристаллические тела также могут быть подразделены на монокристаллы и поликристаллы. Монокристалл– твёрдое тело, частицы которого образуют единую кристаллическую решётку. Определённый порядок в расположении частиц распространяется на весь объём монокристалла. Упорядоченное внутреннее расположение частиц в монокристалле приводит к тому, что и его внешняя форма является правильной. Углы между внешними гранями монокристалла оказываются постоянными. К монокристаллам относятся природные кристаллы (кварц, алмаз, турмалин), крупинки соли, сахара, соды. Поликристалл – твёрдое тело, состоящее из беспорядочно ориентированных монокристаллов. Третьим видом твёрдого тела являются композиты.Атомы в композитах располагаются трёхмерно упорядоченно в определённой области пространства, но этот порядок не повторяется с регулярной периодичностью. Композиты, такие как дерево, бетон и др., состоят из различных, связанных друг с другом материалов. Анизотропия свойств важна при использовании монокристаллов – одиночных кристаллов, частицы которых расположены единообразно по всему их объёму. Монокристаллы имеют правильную кристаллическую огранку (в форме естественных многогранников), анизотропны по механическим, электрическим и другим физическим свойствам. Рост кристаллов происходит по дендритной (древовидной) схеме, характеризующейся тем, что вначале к зародышам присоединяются все новые атомы жидкого металла в направлении, имеющем наибольшую плотность упаковки. В результате Дендриты и зерна вырастают длинные ветви, которые называются осями первого порядка. По мере роста кристалла на осях первого порядка появляются и начинают расти ветви второго порядка, от которых ответвляются оси третьего порядка и т.д., в последнюю очередь идёт кристаллизация в участках между осями. Дендриты растут до тех пор, пока не соприкоснутся друг с другом. После этого окончательно заполняются межосевые пространства и дендриты, деформируя друг друга, превращаются в кристаллы с неправильной внешней огранкой. Дендритная кристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с неравномерной скоростью. Металлы и сплавы, применяемые в технике, обычно имеют поликристаллическую структуру, т.е. состоят из множества мелких и различно ориентированных кристаллов, не имеющих правильной кристаллической огранки и называемых кристаллитами (или зёрнами). Зерно– это кристалл неправильной формы. Мелкое зерно является прочным, крупное – хрупким. Граница зёрен– это поверхность, по обе стороны от которой кристаллические решётки различаются пространственной ориентацией. Эта поверхность является двумерным дефектом. На границах зёрен в процессе кристаллизации металла скапливаются различные примеси, образуются дефекты, неметаллические включения, оксидные плёнки. В результате металлическая связь между зёрнами нарушается и прочность металла снижается. Состояние границ зёрен металла оказывает большое влияние на их свойства.  Рисунок 11. Зависимость размера зерна от переохлаждения Оптимальными условиями для получения мелкозернистой структуры необходимо: максимальное число центров кристаллизации и малая скорость роста кристаллов. Размер зёрен при кристаллизации зависит и от числа частичек нерастворимых примесей, которые играют роль готовых центров кристаллизации – оксиды, нитриды, сульфиды. Чем больше частичек, тем мельче зёрна закристаллизовавшегося металла. Стенки изложниц имеют неровности, шероховатости, которые увеличивают скорость кристаллизации. Чем больше скорость образования зародышей и меньше скорость их роста, тем меньше размер кристалла (зерна), выросшего из одного зародыша, и, следовательно, более мелкозернистой будет структура металла. По механизму воздействия различают: 1)вещества, не растворяющиеся в жидком металле, выступают в качестве дополнительных центров кристаллизации; 2)поверхностно-активные вещества, которые растворяются в металле и, осаждаясь на поверхности растущих кристаллов, препятствуют их росту. Величина зёрен зависит от числа центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно металла. Величина зёрен, образующихся при кристаллизации, зависит не только от количества самопроизвольно зарождающихся центров кристаллизации, но также и от количества нерастворимых примесей, всегда имеющихся в жидком металле. На образование центров кристаллизации влияет и скорость охлаждения. Чем выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и, следовательно, мельче зерно металла. В реальных условиях самопроивольное зарождение кристаллов в жидком металле затруднено. Источником образования зародышей служат различные твёрдые частицы: неметаллические включения, оксиды, продукты раскисления. Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно. Иногда в металл специально вводят вещества, которые способствуют измельчению зерна. Эту операцию называют модифицированием, а специально вводимые посторонние вещества – модификаторами.  Рисунок 12. Схема кристаллизации металла Модифицирование – использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна. Эти примеси, практически не изменяя химического состава сплава, вызывают при кристаллизации измельчение зерна и в итоге улучшение механических свойств. Процесс кристаллизации металлов и сплавов. Строение металлического слитка Процесс перехода вещества из жидкого в твёрдое состояние называется первичной кристаллизацией. Образование новых кристаллов в твёрдом кристаллическом веществе называют вторичной кристаллизацией. Кристаллизация состоит в следующем. В жидком металле атомы непрерывно движутся. По мере понижения температуры движение замедляется, атомы сближаются и группируются в кристаллы. При соответствующем понижении температуры в жидком металле начинают образовываться кристаллики – центры кристаллизации, или зародыши. Свойства сплавов зависят от образующейся в процессе кристаллизации структуры. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей – центров кристаллизации. Структура сплава зависит от формы, ориентировки кристаллических решёток в пространстве и скорости кристаллизации. Далее к этим центрам присоединяются вновь образующиеся кристаллы. Одновременно продолжается образование новых центров. Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий: образования центров кристаллизации и роста кристаллов вокруг этих центров. Сначала образовавшиеся кристаллы растут свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму. Затем при соприкосновении растущих кристаллов их правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней прекращается. Для начала их роста необходимо уменьшение свободной энергии металла, в противном случае зародыш растворяется. Минимальный размер способного к росту зародыша называется критическим размером, а зародыш – устойчивым. Нам известно, что все металлы в твёрдом состоянии имеют кристаллическое строение. Атомы в твёрдом металле расположены упорядоченно и образуют кристаллические решётки. Расстояния между атомами называют, как говорилось ранее, параметрами решётоки измеряют в нанометрах. С повышением температуры или давления параметры решёток могут изменяться. Некоторые металлы в твёрдом состоянии в различных температурных интервалах приобретают различную кристаллическую решётку, что всегда приводит к изменению их физико-химических свойств. Это явление носит название полиморфизма, или аллотропии. Перестройка кристаллических решёток при критических температурах называется полиморфными превращениями.Кристаллическое строение сплава более сложное, чем чистого металла, и зависит от его компонентов при кристаллизации. А, как известно из сказанного ранее, компоненты в твёрдом сплаве могут образовывать твёрдый раствор, химическое соединение и механическую смесь. Процесс перехода из одной кристаллической формы в другую называют аллотропическим превращением.При аллотропических превращениях происходит изменение свойств металлов – изменение объёма металлов и растворимости углерода. Строение металлического слитка Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвлённые или древовидные кристаллы, получившие название дендритов.  Рисунок 13. Строение металлического слитка Размер зерна в затвердевшем металле уменьшается с увеличением степени переохлаждения T. Поскольку величина T пропорциональна скорости охлаждения расплава Vохл, то измельчение зерна может быть достигнуто ускорением охлаждения расплава. На величину зерна влияют все факторы, от которых зависит Vохл. Такими факторами являются: температуры расплава и формы, в которую он заливается, объём и конфигурация формы, теплофизические свойства материала, из которого она изготовлена, и др. С этим связано, например, одно из важнейших преимуществ литья в металлические формы (кокиль) по сравнению с литьём в песчано-гли- нистые формы. Ускоренный отвод теплоты через стенки металлической формы увеличивает T и, соответственно, обеспечивает получение мелкого зерна и более высоких механических свойств отливки. По этой же причине размер зерна не одинаков по сечению отливки. Наиболее мелкое зерно в наружной, корковой зоне (Рисунок 13), где скорость охлаждения максимальная. Со скоростью охлаждения связаны размеры и форма кристаллов, примыкающих к корковой зоне отливки (зона столбчатых кристаллов). Они преимущественно растут перпендикулярно стенке формы в направлении наилучшего теплоотвода. В этом направлении создаётся наибольшее переохлаждение, способствующее образованию зародышей (растёт F), а скорость роста достаточно высока, так как температура расплава и скорость диффузии повышаются от поверхности к центру отливки. Поэтому и получаются крупные вытянутые кристаллы. В массивных отливках возможно появление и третьей зоны крупных равноосных кристаллов в центре отливки, где металл, равномерно остывая, затвердевает в последнюю очередь. Рассмотрим реальный процесс получения стального слитка. Стальные слитки получают охлаждением в металлических формах (изложницах) или на установках непрерывной разливки. В изложнице сталь не может затвердеть одновременно во всём объёме из-за невозможности создания равномерной скорости отвода тепла. Поэтому процесс кристаллизации стали начинается у холодных стенок и дна изложницы, а затем распространяется внутрь жидкого металла. При соприкосновении жидкого металла со стенками изложницы в начальный момент образуется зона мелких равноосных кристаллов. Так как объём твёрдого металла меньше жидкого, между стенкой изложницы и застывшим металлом образуется воздушная прослойка и сама стенка нагревается от соприкосновения с металлом. Поэтому скорость охлаждения металла снижается, и кристаллы растут в направлении отвода теплоты. При этом образуется зона , состоящая из древовидных или столбчатых кристаллов. В процессе дальнейшей кристаллизации направленность отвода теплоты теряется, скорость охлаждения значительно уменьшается, поэтому в центральной части слитка образуются крупные равноосные кристаллы. Во внутренней зоне слиткаобразуются равноосные, неориентированные кристаллы больших размеров в результате замедленного охлаждения. В верхней части слитка, которая затвердевает в последнюю очередь, образуется усадочная раковина, вследствие уменьшения объёма металла при охлаждении. Жидкий металл имеет больший удельный объём, чем твёрдый, поэтому в верхней части слитка, которая застывает в последнюю очередь, образуется полость вследствие уменьшения объёма металла при охлаждении – усадочная раковина, обычно окружённая наиболее загрязнённой частью металла. Верхнюю часть слитка отрезают и переплавляют, а остальной металл подвергают обработке давлением. Под усадочной раковиной металл в зоне получается рыхлым из-за большого количества усадочных пор, газовых пузырей. Для получения изделий используют только часть слитка, удаляя усадочную раковину и рыхлый металл слитка для последующего переплава. Кристаллы в процессе затвердевания металла могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их касания друг с другом, но и составом сплава, наличием примесей и режимом охлаждения. Чаще всего в процессе кристаллизации образуются разветвлённые или древовидные кристаллы, получившие название дендритов.  Рисунок 14. Схема строения слитка Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты (Рисунок 16). Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода. Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией. По мере кристаллизации металла примеси оттесняются в жидкую часть. Это предопределяет неравномерное распределение элементов как в микрообъёме, так и в различных зонах слитка. Процесс изменения химического состава металла по сечению литой заготовки, появление неоднородности по химическому составу в различных частях отливки называется ликвацией. В сплавах различают два основных вида ликвации: −внутрикристаллическую, когда неоднородность охватывает зёрна металла; −зональную, когда различные зоны отливки имеют различный химический состав. Она отрицательно влияет на механические свойства металла. На ликвацию оказывают значительное влияние химический состав сплава и скорость остывания отливки. Чем крупнее отливка, тем медленнее происходит охлаждение и тем больше развивается зональная ликвация. В тонкостенных отливках зональная ликвация развита меньше. При сочетании в литой конструкции тонких и толстых стенок ликвационные включения концентрируются в толстых частях отливок. Поэтому при конструировании литых деталей необходимо изготовлять их с равномерной толщиной стенок или конструировать по принципу направленного затвердевания так, чтобы отливка затвердевала снизу вверх. В этом случае ликвирующие примеси скапливаются в прибыли, затвердевающей в последнюю очередь. Ликвация представляет собой свойство сплавов распадаться при переходе из жидкого в твёрдое состояние на составные части или отдельные соединения, которые имеют различные точки плавления. Металлы вообще сплавляются, т.е. растворяются одни в других. Одни из них, например золото и медь, сплавляются в различных пропорциях и на вид представляют однородное тело; другие же, например свинец и цинк, разделяются при медленном охлаждении. В случае ликвации при застывании жидкого металла выделяются и затвердевают сперва самые тугоплавкие тела, затем менее тугоплавкие и, наконец, самые легкоплавкие. Чистые металлы обладают низкой прочностью, они слишком пластичны и поэтому практически не используются. Обычно используют сплавы разных металлов, в качестве добавок используют и неметаллы. Для изучения процессов, происходящих в сплавах при их превращениях, а также для описания строения сплавов в металловедении используют понятия: система, компонент, фаза. Сплавы – это сложные вещества, полученные сплавлением двух и более элементов. Элементами могут быть как металлы, так и неметаллы. Эти элементы называются компонентами сплава. Компонент– вещество, образующее систему-сплав. Сплав имеет более сложное строение, чем его компоненты. Особенности строения структуры сплава зависят от характера взаимодействия компонентов. Составляющие сплав компоненты могут вступать в химическое взаимодействие, образуя химическое соединение, или взаимно растворяться друг в друге, образуя растворы. Кроме того, часто сплавы представляют собой механическую смесь зёрен веществ, образующих сплав. В зависимости от физико-механического взаимодействия компонентов в сплавах образуются различные фазы. Фазой называют однородную часть системы, имеющую одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделённую от остальных частей системы поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура вещества изменяются скачкообразно. Совокупность фаз, находящихся в равновесии при определённых внешних условиях (давлении, температуре), называют системой. Например, однородная жидкость (расплавленный металл) является однофазной системой, при кристаллизации чистого металла система состоит из двух фаз: жидкой (расплавленный металл) и твёрдой (зёрна закристаллизовавшегося металла). Другой пример: механическая смесь двух видов кристаллов образует двухфазную систему, так как каждый кристалл отличен по составу или строению и отделён один от другого поверхностью раздела. Сплав называют однородным (гомогенным), если его структура однофазна, и разнородным(гетерогенным), если его структура состоит из нескольких фаз. Под структурой сплава понимают видимое в микроскоп взаимное расположение фаз, их форму и размеры. Компоненты в сплавах могут составлять жидкие и твёрдые растворы, химические соединения и механические смеси. Компонентами могут быть металлы и неметаллы, а также устойчивые, т.е. не диссоциирующие на составные части в рассматриваемых интервалах температур вещества – химические соединения. Так, для цветных металлических сплавов компонентами могут быть металлы (например, медь с цинком образует латунь), а для черных – металлы с небольшим содержанием неметаллов (железо с углеродом – чугун, сталь). Строение сплавов более сложно, чем строение чистого металла. В сплаве могут наблюдаться зерна чистых и других компонентов, твёрдыхрастворов и химических соединений. Чистый металл представляет собой однокомпонентную систему, сплав двух металлов – двухкомпонентную систему и т.д. В сплаве кроме основных компонентов содержатся и примеси. Примеси бывают полезные, улучшающие свойства сплава, и вредные, ухудшающие его свойства. Примеси бывают случайные, попадающие в сплав при его приготовлении, и специальные, которые вводят для придания ему требуемых свойств. Металлическим сплавомназывают сплав, приготовленный преимущественно из металлических элементов и обладающий металлическими свойствами. Например, мягкая медь с добавлением олова превращается в более твёрдую бронзу. При этом улучшаются эксплуатационные и технологические свойства металлического материала. Необходимое условие существования сплава – растворимость компонентов в жидкой фазе хотя бы частично. Возможны и другие способы приготовления сплавов: спекания, электролиз, возгонка. В этом случае вещества называют псевдосплавами. Сплав имеет более сложное строение, чем его компоненты. Строение металлического сплава зависит от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав. Почти все металлы в жидком состоянии растворяются друг в друге в любых соотношениях. При образовании сплавов в процессе их затвердевания возможно различное взаимодействие компонентов. Составляющие сплав компоненты могут вступать в химическое взаимодействие, образуя химическое соединение, или взаимно растворяться друг в друге, образуя растворы. В зависимости от характера взаимодействия компонентов различают сплавы: 1) твёрдые растворы; 2) химические соединения; 3) механические смеси. Твёрдыми раствораминазывают сплав, у которого компоненты сплава взаимно растворяются один в другом. В твёрдом растворе один из входящих в состав сплава компонентов сохраняет присущую ему кристаллическую решётку, а второй компонент в виде отдельных атомов распределяется внутри кристаллической решётки. Твёрдые растворы разделяются на три типа: замещения, внедрения и вычитания. Независимо от типа твёрдые растворы однофазны. Химическое соединение– компоненты сплава вступают в химическое взаимодействие, при этом образуется новая кристаллическая решётка. Компоненты имеют определённое соотношение по массе. Механическая смесь– компоненты сплава обладают полной взаимной нерастворимостью и имеют различные кристаллические решётки. При этих условиях сплав будет состоять из смеси кристаллов составляющих его компонентов и представлять собой смесь двух типов кристаллов – веществ А и В, отчётливо видимых на микроструктуре. Свойства сплавов зависят от образующейся в процессе кристаллизации структуры. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей – центров кристаллизации.Структура сплава зависит от формы, ориентировки кристаллических решёток в пространстве и скорости кристаллизации. Металлы и сплавы являются важнейшими конструкционными материалами, широко применяющимися в технике. Металлам, кроме блеска и пластичности, присущи высокие теплопроводность и электропроводность. Получение химически чистых металлов связано со значительными трудностями, а значения их механических характеристик не высоки. В связи с этим в технике повсеместно используются сплавы металлов. Так как сплавы получают обычно по металлургической технологии, твёрдому состоянию предшествует жидкое. Кристаллизация сплавов подчиняется тем же закономерностям, что и кристаллизация чистых металлов. Необходимым условием является стремление системы в состояние с минимумом свободной энергии. Основным отличием является большая роль диффузионных процессов между жидкостью и кристаллизующейся фазой. Эти процессы необходимы для перераспределения разнородных атомов, равномерно распределённых в жидкой фазе. Под диффузией понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния данного вещества. Если перемещения атомов не связаны с изменением концентрации в отдельных объёмах, то такой процесс называется самодиффузией. Перемещение атомов, сопровождающееся изменением концентрации, происходит в сплавах или металлах с повышенным содержанием примесей и называется диффузией, или гетеродиффузией. Диффузия – рассеивание, процесс переноса материи или энергии из области с высокой концентрацией в область с низкой (чернила и жидкость-окрашивание).  Рисунок 15. Диффузия в металлах В сплавах в твёрдых состояниях, имеют место процессы перекристаллизации, обусловленные аллотропическими превращениями компонентов сплава, распадом твёрдых растворов, выделением из твёрдых растворов вторичных фаз, когда растворимость компонентов в твёрдом состоянии меняется с изменением температуры. Эти превращения называют фазовыми превращениями в твёрдом состоянии. При перекристаллизации в твёрдом состоянии образуются центры кристаллизации и происходит их рост. Обычно центры кристаллизации возникают по границам зёрен старой фазы, где решётка имеет наиболее дефектное строение и где имеются примеси, которые могут стать центрами новых кристаллов. У старой и новой фазы в течение некоторого времени имеются общие плоскости. Такая связь решёток называется когерентной связью. В случае различия строения старой и новой фаз превращение протекает с образованием промежуточных фаз. Нарушение когерентности и обособления кристаллов наступает, когда они приобретут определённые размеры. Процессы кристаллизации сплавов изучаются по диаграммам состояния. Итак, свойства сплавов (данного химического состава) определяются их структурой. Чтобы прогнозировать свойства какого-либо сплава, нужно знать его структуру. |