CHUONG2-VL

BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 5
2.2. HAI QUÁ TRÌNH CỦA SỰ KẾT TINH
2.2.1. Sự sinh mầm kết tinh
- Mầm tinh thể được hiểu là những phần chất rắn nhỏ ban đầu
được hình thành trong kim loại lỏng.
- Có hai loại mầm:
+ Mầm tự sinh - mầm đồng thể;
+ Mầm ký sinh - mầm dị thể.
- Sự tạo mầm: là quá trình xuất hiện những phân tử rắn có cấu tạo
tinh thể, có kích thước xác định ở trong kim loại lỏng. Đó là các
trung tâm để từ đó phát triển lên thành hạt tinh thể.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 6
2.2.1. Sự sinh mầm kết tinh
+ Mầm tự sinh
- Mầm tự sinh là những nhóm nguyên tử có kiểu mạng và thành
phần hoá học gần như pha mới (pha sản phẩm) được hình thành
trong nền pha cũ (pha mẹ) và có thể phát triển trong quá trình
chuyển pha.
- Khi T < T
S
những nhóm nguyên
tử sắp xếp có trật tự, có kích
thước lớn hơn kích thước tới hạn
r > r
th
Thì chúng trở nên ổn định,
không tan nữa và chúng lớn lên
thành hạt.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 7
2.2.1. Sự sinh mầm kết tinh
- Bán kính tới hạn được tính theo công thức:
V
th
Δf
2δ
r =
Trong đó:
δ - Sức căng bề mặt giữa rắn và lỏng;
∆f
V
- Độ chênh nămg lượng tự do tính cho một đơn vị thể tích.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 8
2.2.1. Sự sinh mầm kết tinh
+ Mầm ký sinh
- Là mầm không tự sinh ra trong lòng pha nền mà dựa vào các vị
trí có “khuyết tật”. Đó là những phần tử rắn có sẵn trong lòng kim
loại lỏng. Các nhân nguyên tử sắp xếp có trật tự sẽ gắn vào đó mà
phát triển lên thành hạt.
Khuyết tật
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 9
2.2.2. Sự lớn lên của mầm
- Khi kích thước mầm r
≤
r
th
thì sự phát triển tiếp theo của mầm là
tự phát, vì đó là sự giảm năng lượng tự do.
Khi nhiệt độ kết tinh thực tế càng thấp thì r
th
càng nhỏ, do đó
sự kết tinh càng dễ dàng.
Sự lớn lên của mầm không đều
theo các phương. Phương nào
có mật độ nguyên tử lớn thì tốc
độ phát triển mầm theo phương
đó cao theo phương tản nhiệt
nhanh, mầm phát triển cũng
nhanh hơn.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 10
CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.3.1- Tiến trình kết tinh
2.3. Sự hình thành hạt tinh thể và các phương pháp tạo hạt nhỏ
thỏi đúc
Khi các mầm tạo nên trước đang lớn lên thì các mầm khác trong
kim loại lỏng vẫn tiếp tục hình thành.
Sự hết tinh cứ thế tiếp tục phát triển như vậy cho đến khi nào
không còn kim loại lỏng nữa.
Quá trình kết tinh các mầm định hướng ngẫu nhiên nên phương
mạng của các hạt không đồng hướng và lệch nhau một góc nào
đó.
⇒ Xuất hiện sự xô lệch mạng
tinh thể ở vùng biên giới hạt.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 11
CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.3.1- Hình dạng hạt
- Hình dạng hạt phụ thuộc vào tốc độ phát triển của mầm theo
các phương khác nhau:
+ Theo các phương đều nhau ⇒ hạt có dạng cạnh đều hoặc cầu;
+ Theo 1 phương (rất mạnh) ⇒ hạt có dạng dài hình trụ;
+ Theo một mặt (rất mạnh) ⇒ hạt có dạng tấm, phiến.
a
b
c
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 12
CHƯƠNG 2: SỰ KẾT TINH
2.3.3- Kích thước hạt
- Kích thước hạt là 1 trong những chỉ tiêu để đánh giá chất
lượng kim loại – quan hệ chặt chẽ tới cơ tính.
- Các cách xác định độ lớn của hạt:
+ Đo diện tích trung bình của hạt (Phức tạp-ít dùng);
+ Đo đường kính lớn nhất của hạt;
+ So sánh với bảng mẫu về cấp hạt. Thường có 8 cấp hạt
chính: 1-4 cấp hạt to và 5-8 cấp hạt nhỏ.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 13
2.3.4- Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc
a, Nguyên lý tạo hạt nhỏ khi đúc
Hai yếu tố quyết định kích thước hạt khi kết tinh là:
- Tốc độ tạo mầm;
- Tốc độ phát triển mầm.
+ Tốc độ tạo mầm càng lớn ⇒ số mầm tạo ra càng nhiều ⇒ hạt
càng nhỏ.
+ Tốc độ phát triển mầm càng nhanh ⇒ hạt càng lớn.
BỘ MÔN VẬT LIỆU KỸ THUẬT 14
2.3.4- Các phương pháp tạo hạt nhỏ khi đúc
Bằng thực nghiệm cho thấy:
n
v
a.A =
Trong đó :
A – Kích thước hạt;
a – Hệ số;
v – Tốc độ phát triển mầm;
n – Tốc độ tạo mầm.
⇒
Nguyên lý tạo hạt nhỏ, khi đúc là tăng tốc độ tạo mầm n và
giảm tốc độ phát triển mầm v.

Xem chi tiết: CHUONG2-VL