Процессы кристаллизации металлов

Пространственные кристаллические решетки образуются в металле в процессе затвердевания, т. е. при переходе его из жидкого состояния в твердое. Этот процесс получил название кристаллизации. Такая кристаллизация называется первичной, в отличие от вторичной кристаллизации, которая наблюдается в твердых металлах. Превращения, происходящие в процессе кристаллизации, имеют важное значение, так как в значительной степени определяют свойства металлов.


Впервые процессы кристаллизации были изучены русским ученым Д. К. Черновым, который дал теоретическое обоснование всех важнейших превращений, происходящих в жидком металле при переходе его в твердое состояние. Выводы Д. К. Чернова получили практическое применение и послужили базой для современного учения о кристаллизации. Сущность этого учения состоит в следующем.

В жидком металле происходит непрерывное движение атомов. По мере понижения температуры это движение замедляется, атомы начинают сближаться, группироваться, образуя первичные кристаллы, которые получили название зародышей, или центров кристаллизации. Затем происходит рост кристаллов вокруг этих центров за счет атомов жидкого металла. Одновременно продолжается образование новых центров кристаллизации. Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий: 1) образование центров кристаллизации; 2) рост кристаллов вокруг этих центров.

Вначале рост кристаллов не встречает препятствий, поэтому растущие кристаллы еще сохраняют правильную форму, различаясь только ориентировкой. В дальнейшем жидкого металла остается меньше, а растущих кристаллов — больше. Увеличиваясь, кристаллы сталкиваются. В месте соприкосновения кристаллов рост их прекращается; он продолжается в тех направлениях, где нет препятствий. В результате правильность формы растущих кристаллов нарушается. Получаются группы кристаллов неправильной формы, называемые зернами.

В зернах сохраняется правильное внутреннее строение каждого отдельного кристалла. Применяя ускоренное охлаждение или создавая неравномерный отвод тепла, получают кристаллы древовидной формы, называемые дендритами.