PRZEMIANY FAZOWE--KRYSTALIZACJA

podstawowe pojęcia i definicje:•stany skupienia materii•substancje proste i złożone,•parametry termodynamiczne (p,T, c)•zarodkowanie homogeniczne•zarodkowanie heterogeniczne

W-III1

WPŁYW ENERGII NA MATERIAŁY INŻYNIERSKIE

Początkowy stan materiału

Końcowy

stan materiału

Proces(stany pośrednie)

Czas

CieplnaMechaniczna

ElektromagnetycznaChemiczna

Podstawowe rodzaje energii:

LÓD

WODA

PARAParametry :

stałem- masa

c-stężenie

zmiennep-ciśnienie

T-temperatura

Trzy stany skupienia materii: stały, ciekły, gazowyzwiązek chemiczny- H2O

substancja złożona trwała ; n=1

Cie

pło-

Q

Układ równowagi fazowej- H2Osubstancja złożona jeden składnik , n=1

punktkrytyczny

parowanie

skraplaniewoda

para

lód

Temperatura-T

Ciśnienie-p

Punkt potrójny

krzepnięcie topnienie

Stężenie-c

sublimacja

kondensacja

0,010°C

4,6mmHg.

G- e

nerg

ia s

wob

odna

, J

Temperatura,K0

Zakres stabilności wody

Zakres stabilności

lodu

TTOP

Zmiana stanuskupienia

Parametry :

stałem- masa

c-stężenie

zmiennep-ciśnienie

T-temperatura

Trzy stany skupienia materii- stały, ciekły, gazowy substancja prosta (pierwiastek)-metal; A=Sn n=1

ciepło

-Q

Sn-gaz

Sn-ciecz

Sn-polikryształ

Układ równowagi fazowej substancja prosta - metal A

jeden składnik n=1: dla p=const

ciecz

gaz

Ciało stałe

Temperatura-T

Ciśnienie-p punktkrytyczny

Stężenie-c

parowanie

skraplanie

sublimacja

krzepnięcie topnienie

p=const

Ttop= 232°C

kondensacja

Analiza termiczna wspomagana komputerowo

Q=f(T)

Czas - τ

Tem

per a

tura

-T

punkty charakterystyczne

czysty metal - A (składnik)

termoelement

PC

karta DAS

p=const

100

150

200

250

300

350

400

450

0 5 10 15 20 25 30 35 40

CZAS, min

TEM

PER

ATU

RA,

deg

C

METAL A

METAL C

METAL B

100

200

300

400

0 30 60 90 120 150 180czas, min

tem

pera

tura

, CZESTAWIENIE WYNIKÓW POMIARU

eksperymenty: E1-E3

231,5

232

232,5

233

233,5

234

92 93 94 95 96 97 98 99 100

CZAS CHŁODZENIA, min

TEM

PER

ATU

RA

, C

EKSPERYMENT I- chłodzenie tygla w piecu

PRZEBIEG KRZEPNIĘCIA CYNYEII - chłodzenie tygla w powietrzu

228

230

232

234

236

238

240

12 14 16 18 20czas, min

tem

pera

tura

, deg

C

Zestawienie temperatury topnienia - Ttop

Ttop > 2000°C

Węgiel Wolfram Ren Tantal Osm Molibden3727 3410 3180 2996 2700 2610Iryd Niob Ruten Bor Hafn Techn2447 2468 2310 2300 2227 2200

2000<Ttop < 1000°C

Rod Wanad chrom cyrkon platyna Tor1963 1900 1875 1852 1769 1755Tytan pallad Żelazo Itr Kobalt Nikiel1668 1552 1538 1522 1495 1453Krzem Mangan Uran Miedź Złoto1410 1244 1133 1085 1064

Zestawienie temperatury topnienia - Ttop

100°C <Ttop < 1000°C

Srebro lantan german wapń cer stront962 918 937 839 798 768Bar aluminium magnez antymon tellur Cynk729 660 650 631 450 420ołów kadm Bizmut Cyna Selen Lit327 321 271 232 217 182

Ttop < 100 °C

Sód Potas Gal Cez Rubid Rtęć98 63 29.8 28.6 38.9 -38.9

SKURCZ ODLEWNICZY

metal ∆V, %aluminium -7.0

miedź -5.1magnez -4.0

cynk -3.7żelazo -3.4ołów -2.7gal +3.2

woda +8.3

Jamy skurczowe w odlewach

Mikrostruktura wlewka

Strefa kryształówzamrożonych

Strefa kryształówkolumnowych

Strefa kryształówrównoosiowych

ciecz

Czas procesu krystalizacji

Tem

pera

tura

Ttop

Szybkość

Szybkość

wzrostu ziaren

Szybkość

zarodkowania

Struktura gruboziarnista

Struktura drobnoziarnista

∆T-

prze

chło

dzen

ie

STEROWANIE WIELKOŚCIĄ ZIAREN

Układ równowagi fazowej stopu metali: A i B; dwa składniki n=2; dla: c=const p=const

100%BStęż

enie-c

100%A

Temperatura-T

TT (A)

Ciecz-A

gaz-A

Ciało stałe-A

Temperatura-T

Ciś

nien

ie-p

krzepnięcie topnienie

p=const

?

TECHNICZNE ZASTOSOWANIE ZJAWISKA KRYSTALIZACJI

odlewanie

spajanie

Przemiany fazowe

monokryształy Metalurgia proszków

Nanowarstwy, powłoki ochronne

Topienie strefowe

Gazary, kompozyty, szkła metaliczne,

odlewanie tixotropowe

Mikrostruktura wlewka

Strefa kryształówzamrożonych

Strefa kryształówkolumnowych

Strefa kryształówrównoosiowych

ciecz

Czas procesu krystalizacji

Schemat instalacji

do ciągłego odlewania stali

Adresy internetowe:

www. steelynex.com

Spawanie metali

SPAWANIE MATERIAŁÓW METALOWYCH

Spaw

adresy internetowe:

WYTWARZANIE MONOKRYSZTAŁÓW