VI-S K T TINH C A KIM LO I NGUYÊN CH T;Ự Ế Ủ Ạ Ấ
1-Đi u ki n x y ra k t tinh:ề ệ ả ế
a-C u trúc kim lo i l ng:ấ ạ ỏ
H u h t các v t li u kim lo i đ c s n xu t b ng cách luy n ra kim lo i l ngầ ế ậ ệ ạ ượ ả ấ ằ ệ ạ ỏ
sau đó cho kim lo i l ng k t tinh trong các khuôn đúc t o thành v t đúc (Chi ti t đúc,ạ ỏ ế ạ ậ ế
phôi đúc hay th i đúc). Nh v y quá trình k t tinh là m t qúa trình tham gia vào vi cỏ ư ậ ế ộ ệ
hình thành v t li u ngay sau quá trình luy n kim và nó cũng là m t trong các nhân tậ ệ ệ ộ ố
nh h ng nhi u đ n ch t l ng c a v t li u.ả ưở ề ế ấ ượ ủ ậ ệ
nhi t đ g n nhi t đ k t tinh kim lo i l ng có c u trúc g n gi ng kim lo iỞ ệ ộ ầ ệ ộ ế ạ ỏ ấ ầ ố ạ
r n, th hi n các đ c đi n sau:ắ ể ệ ở ặ ể
ểKim lo i l ng nh đ c t o thành b i vô s các nhóm nguyên t có xuạ ỏ ư ượ ạ ở ố ử
h ng t s p x p v i nhau theo m t tr t t nh t đ nh gi ng nh ki u m ng tinh thướ ự ắ ế ớ ộ ậ ự ấ ị ố ư ể ạ ể
c a nó tr ng thái r n, g i là các nhóm tr t t g n (Kích th c c a nhóm r t nh soủ ở ạ ắ ọ ậ ự ầ ướ ủ ấ ỏ
v i kích th c tinh th ).ớ ướ ể
ểCác nhóm tr t t g n này không có kh năng t n t i n đ nh mà nó liên t cậ ự ầ ả ồ ạ ổ ị ụ
đ c hình thành và sau đó l i b tan rã.ượ ạ ị
ịCác nhóm này có kích th c khác nhau, năng l ng t do khác nhau và khácướ ượ ư
v i năng l ng trung bình c a h th ngớ ượ ủ ệ ố
ốT t c các hi n t ng này đ c g i là s ba đ ng v m t đ và năngấ ả ệ ượ ượ ọ ự ộ ề ậ ộ
l ng c a h th ng kim lo i l ng.ượ ủ ệ ố ạ ỏ
ỏNgoài ra kim lo i l ng còn t n t i vô s các đi m tr ng (gián đo n)ạ ỏ ồ ạ ố ể ố ạ
b-Bi n đ i năng l ng khi k tế ổ ượ ế
tinh:
Năng l ng t do c a h th ngượ ự ủ ệ ố
quy t đ nh tr ng thái t n t i c a hế ị ạ ồ ạ ủ ệ
th ng.ố
TS g i là nhi t đ k t tinh hayọ ệ ộ ế
nhi t đ ch y lí thuy t (hình 11).ệ ộ ả ế
Đi u ki n đ s k t tinh s yề ệ ể ự ế ả
ra là: TKT<TS.
Hình 11: Bi n đ i NLTD theo nhi t đ .ế ổ ệ ộ
c-Đ quá ngu i:ộ ộ ∆T= TS- TKT.
2-Hai quá trình c a s k t tinh.ủ ự ế
a-T o m m:ạ ầ
Đ nh nghĩa: M m là ph n t r n có c u trúc tinh th đ u tiên sinh ra trong kimị ầ ầ ử ắ ấ ể ầ
lo i l ng có kh năng t l n lên t o thành đ n tinh th (H t), không b tan l i vàoạ ỏ ả ự ớ ạ ơ ể ạ ị ạ
kim lo i l ng n a.ạ ỏ ữ
M m t sinh:ầ ự Là m m t hình thành ngay trong lòng kim lo i l ng không cóầ ự ạ ỏ
s tr giúp cu các ph n t r n có s n trong kim lo i l ng.ự ợ ả ầ ử ắ ẵ ạ ỏ
12
fV
TH
r∆
=
σ
2
Gi s g i: n-S l ng nhóm tr t t g n chuy n sang tr ng thái r n trong m tả ử ọ ố ượ ậ ự ầ ể ạ ắ ộ
đ n v th i gian trong m t th tích v c a kim lo i l ng. ơ ị ờ ộ ể ủ ạ ỏ ∆fv-s chênh l ch năng l ngự ệ ượ
t do gi a hai h th ng r n và l ng tính cho m t đ n v th tích kim lo i l ng. Lúcư ữ ệ ố ắ ỏ ộ ơ ị ể ạ ỏ
này năng l ng t do c a h th ng gi m m t l ng do s chuy n tr ng thái là: n.v.ượ ư ủ ệ ố ả ộ ượ ự ể ạ
∆fv. Đ ng th i v i s chuy n tr ng thái là s xu t hi n b m t phân cách gi a haiồ ờ ớ ự ể ạ ự ấ ệ ề ặ ữ
tr ng thái r n và l ng. Các nguyên t n m trên b m t phân cách này s có năngạ ắ ỏ ử ằ ề ặ ẽ
l ng l n h n các nguyên t n m phía trong. Nh v y h có s tăng năng l ng làươ ớ ơ ử ằ ở ư ậ ệ ự ượ
: n.s.σ. V í ơσ-s c căng b m t gi a hai tr ng thái l ng và r n. Bi n đ i năng l ngứ ề ặ ữ ạ ỏ ắ ế ổ ượ
c a h là: ủ ệ ∆F=- n.v. ∆fv+ n.s.σ.
N u coi nguyên t là nh ng qu c u bán kính r ta có: ế ử ữ ả ầ
r
v3
3
4
π
=
. S=
r2
4
π
.
∆F=-n.
r3
3
4
π
∆fv+n.
r2
4
π
σ.∆F=f(r).
Trên đ th c a hàmồ ị ủ
∆F=f(r), hnh 12, ta th y: r=rấTH
→ ∆F=∆Fmax .Ch có các m mỉ ầ
có kích th c rướ ≥ rTH m i cóớ
kh năng phát tri n l n lênả ể ớ
thành h t.ạ
Hình 12 : S bi n đ i c a ự ế ổ ủ ∆F ph thu c r.ụ ộ
∆Fmax=1/3 năng l ng c n thi t t o b m t phân chia (2/3 năng l ng còn l iượ ầ ế ạ ề ặ ượ ạ
đ c bù đ p b i s chuy n tr ng thái c a m m.).ượ ắ ở ự ể ạ ủ ầ
Đi u ki n t o m m t sinh là h ph i có s ba đ ng năng l ngề ệ ạ ầ ự ệ ả ự ộ ượ ≥1/3 năng
l ng t o b m t phân chia.ượ ạ ề ặ
M m kí sinhầ: Là m m sinh ra trên b m t các h t r n có s n ho c do c ý t oầ ề ặ ạ ắ ẵ ặ ố ạ
ra l l ng trong kim lo i l ng.ơ ử ạ ỏ
Xét năng l ng t o b m t phân cách trong tr ng h p t o m m kí sinh:ượ ạ ề ặ ườ ợ ạ ầ
∆*Fmax=
1
3
(S1σ1+ S2σ2).
V i: Sớ1 , σ1-Di n tích và s c căng b m t trên m t phân chia gi a m m và KLệ ứ ề ặ ặ ữ ầ
l ng. ỏ
S2 , σ2- Di n tích và s c căng b m t trên m t phân chia gi a m m và h t r nệ ứ ề ặ ặ ữ ầ ạ ắ
mà m m kí sinh trên đó. ầ
13
σπ
σ
σ
π
∗∗∗∗∗=∆
∗
∆
∗=∆
THF
fV
F
rn
n
Max
Max
4
3
1
2
3
4
2
S t o m m kí sinh s thu n l i h n khi ự ạ ầ ẽ ậ ợ ơ ∆Fmax≥∆*Fmax.
T c:ứ
1
3
STHσ1>
1
3
(S1σ1+ S2σ2).
Hay: STHσ1> (S1σ1+ S2σ2).
N u gi thi t r ng: Sế ả ế ằ TH=S1+S2. Thì đi u ki n đ sinh m m kí sinh thu n l iề ệ ể ầ ậ ợ
h n m m t sinh là:ơ ầ ự σ1>σ2
b-Phát tri n m m:ể ầ
3-S hình thành h t.ự ạ
a-Ti n trình c a s k t tinh: T o m m và phát tri n m m là hai quá trình v aế ủ ự ế ạ ầ ể ầ ừ
có tính n i ti p và song song v i nhau.ố ế ớ
b-Hình d ng h t: Hình d ng h t ph thu c vào ph ng t n nhi t có Gradielạ ạ ạ ạ ụ ộ ươ ả ệ
nhi t đ l n nh t.ệ ộ ớ ấ
c-Các đ ng ngu i khi k t tinh KL nguyên ch t:ườ ộ ế ấ
Kh o sát kh i KL nguyên ch t có th tích nh , đ c làm ngu i liên t c v iả ố ấ ể ỏ ượ ộ ụ ớ
m t t c đ ngu i nh t đ nh, ng i ta th y các đ ng t c đ ngu i bi n đ i khácộ ố ộ ộ ấ ị ườ ấ ườ ố ộ ộ ế ổ
nhau ph thu c vào v n t c làm ngu i (hình 13).ụ ộ ậ ố ộ
Hình 13:
Các đ ng ngu i khi k t tinh KL nguyên ch t.ườ ộ ế ấ
14