неравновесная кристаллизация

[non-equilibrium solidification] — процесс кристаллизации в условиях ограниченной диффузии в твёрдой фазе или одновременно в твердой и жидкой фазах. Механизм изменения состава при кристаллизации твердых растворов в сплавах как с неогранической, так и с огранической растворимостью по Д. А. Петрову сводится к следующему. При равновесной кристаллизации состав твердого раствора непрерывно изменяется. Превращение жидкости в твёрдый раствор следует рассматривать как два параллельных процесса: собственно образование кристаллов твердого раствора при температуре равновесного ликвидуса и изменение состава кристаллов, образованных при более высокой температуре.
Первый процесс предполагает диффузию только в жидкой фазе (включая разделительную) и протекает сравнительно легко. Второй предполагает диффузию и в твердой фазе. Он протекает медленно и при высоких скоростях охлаждения может не идти. Сохранение равновесного коэффициента распределяется при полном подавлении диффузии в твёрдой фазе (т. е. равновесие жидкости с твердой фазой у поверхности кристаллизации) — квазиравновесие. Ограниченная диффузия в твёрдой фазе характерна для кристаллизации больших масс металла (практически всех промышленных слитков и отливок). Повышение скорости кристаллизации может привести к ограничению диффузии в жидкой фазе, а также к затвердеванию в соответствии с диаграммой метастабильного равновесия. Эти условия характерны для сверхбыстрой кристаллизации гранул, чешуек, очень тонких лент.
Направленный теплоотвод от поверхности слитка определяет форму фронта кристаллизации, скорость продвижения которого для слитка плоской формы рассчитывается решением задачи Стефана (промерзания грунта), а для слитка круглой формы — Лейбензона (промерзания нефтепровода). Различают следующие типы фронта кристаллизации: плоский, ячеистый, ячеисто-дендритный, дендритный. Для промышленных слитков и отливок наиболее типичны ячеисто-дендритный (рост столбч. зерен) и дендритный (образование и рост равноосных дендритов) фронты. В сечении слитка могут наблюдаться: три зоны (мелкозернистая структура у поверхности, далее столбчатая с переходом в равноосную в центре слитка); две зоны (столбчатая с переходом в равноосную) и одна зона (столбчатая или равноосная по всему сечению).
Возможно образование недендритного фронта кристаллизации. Недендритная структура по всему сечению слитка может быть получена усилением зародышеобразования в результате рационального выбора модификаторов или физических методов воздействия на кристаллизацию (ультразвук, электромагнитное поле и др.). В этом случае зерно является предельно мелким;
Смотри также:
— Кристаллизация
— фракционная кристаллизация
— сверхбыстрая кристаллизация
— кристаллизация под поршневым давлением
— кристаллизация под газовым давлением
— направленная кристаллизация