Металл может находиться в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Кристаллизация металлов - процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое. Кристаллизация металла происходит при температуре кристаллизации, которая выявляется в процессе охлаждения металла. Температура кристаллизации металла - такая температура, когда энергия жидкого и твердого металла находятся в равенстве, а охлаждение металла продолжается. Атомы металла в жидком состоянии непрерывно движутся, при охлаждении металла движение атомов замедляется, и образуются центры кристаллов. Важно, чтобы охлаждение происходило равномерно, чтобы не нарушилась кристаллическая решетка, и металл не потерял свои свойства.
Процесс кристаллизации металла
В 1878 г. Д.К.Чернов установил, что процесс кристаллизации металла состоит из 2 этапов: первичная кристаллизация, т.е. возникновение кристаллов при переходе металла из жидкого состояния в твердое, и вторичная кристаллизация - рост и преобразование кристаллов при охлаждении застывшего металла. Переохлаждение металла для кристаллизации - охлаждение металла до температуры, которая ниже температуры его плавления. Центры кристаллов растут быстро, затем, при столкновении разрастающихся кристаллов, процесс замедляется. На скорость роста металла напрямую влияет скорость охлаждения - чем охлаждение происходит быстрее, тем более мелкозернистый получается металл после кристаллизации.
Интересный факт
Чем меньше зерно у кристаллизирующегося металла, тем выше прочность, твердость его в твердом состоянии.
Для получения мелкого зерна в процессе кристаллизации в жидкий металл в процессе охлаждения вводятся дополнительные примеси - процесс называется модификацией. Так, в алюминиевые сплавы вводят титан, калий, натрий, для улучшения структуры кристаллов стали применяют алюминий, ванадий и др.
Процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое с кристаллизацией при охлаждении хорошо виден после обработки металла плавлением, например, при сварке металла в сварной ванной, литье металла.
Интересный факт
При кристаллизации в центре металл получается менее однородным, чем на поверхности, так, при горячей ковке, штамповке металла большой толщины, например, слитка, металлическое изделие на поверхности прочно, а сердцевина металла рыхлая.
