DSCN1647

/. Podstawy procesów odlewniczych

Krystalizacja równowagowa występuje przy nieskończenie wolnym odprowadzaniu ciepła, któremu towarzyszy powolny wzrost kryształów. W związku z powyższym w każdej chwili w fazie ciekłej i stałej zachodzi pełna dyfuzja, uniemożliwiająca powstanie gradientu stężenia składnika.

Podczas krystalizacji z całkowitym konwekcyjnym mieszaniem kąpieli brak jest gradientu stężenia składnika w cieczy, co prowadzi do maksymalnej segregacji składnika w fazie stałej. Krystalizacja bez konwekcyjnego mieszania kąpieli uzależnia segregację składnika jedynie od jego dyfuzji w ciekłym stopie. Podczas krystalizacji z częściowym konwekcyjnym mieszaniem kąpieli segregacja zależy zarówno od konwekcji, jak i dyfuzji w fazie ciekłej.

Koncentracja domieszek lub składnika stopowego przed frontem krzepnięcia ma zasadniczy wpływ na morfologię krystalizacji, tj. postać wzrastających kryształów. Wiąże się to bezpośrednio z usuwaniem ciepła z frontu krystalizacji. Jest oczywiste, że zwiększenie szybkości usuwania ciepła powoduje zmniejszenie temperatury frontu krystalizacji, a tym samym wzrost szybkości R przesuwania się granicy rozdziału faza stała-ciecz w kierunku cieczy. W warunkach rzeczywistych, tak w czystych metalach jak i stopach, proces krzepnięcia jest zaburzany przez fluktuacje termiczne i/lub stężeniowe albo niedoskonałości budowy krystalicznej, które prowadzą do pojawienia się przypadkowych zakłóceń pierwotnie płaskiej granicy rozdziału ciecz-krysz-tał. W warunkach stabilnych zakłócenia takie, np. w postaci wypukłości frontu krystalizacji, zostają usunięte przy zachowaniu trwałego frontu krystalizacji. Inaczej jest przy niestabilnych warunkach wzrostu kryształu, kiedy to każde takie zakłócenie rozwjja się z upływem czasu, prowadząc do nietrwałego frontu krystalizacji. Jest on ściśle związany z segregacją składnika przed frontem krystalizacji, w wyniku czego pojawia się strefa tzw. prze-chlodzenla stężeniowego, którego warunek ma postać

(1.31)

9 oc ^ofl — ko)

H* kj)

gdzie: G gradient temperatury w fazie ciekłej, R — szybkość przemieszczania się frontu krystalizacji, m — nachylenie linii likwidus, D — współczynnik dyfuzji

Przechłodzenie stężeniowe występuje wówczas, gdy rzeczywista temperatura ciekłego metalu na froncie krystalizacji jest mniejsza niż temperatura likwidus stopu, która jest funkcją stężenia składnika przepychanego przed tym frontem. Zależnie od wartości przcchlodzenia stężeniowego, początkowo płaski front krystalizacji będzie stopniowo ewoluował w kierunku frontu komórkowego, a następnie dendrytycznego (rys. 1.40) [14]. W tym miejscu warto zauważyć, że kryterium trwałości frontu krystalizacji zapisane w postaci nierówności (1.31) dotyczy krystalizacji w obecności dodatniego gradientu temperatury. W warunkach ujemnego gradientu temperatury, który ma miejsce podczas