Қабықшалы қалыпқа құю

Кристаллизация процесі кезінде металдың құрылымының қалыптасуы.Металдың сұйық күйден қатты күйге (кристаллдық) өту процесін кристаллизация деп атайды. Кристаллизация жүйенің термодинамикалық тұрақты күйіндегі Гиббстың өте аз G энергиясын (еркін энергия) қабылдаған кездегі шартта өтеді, яғни кристаллдық Гиббс энергиясы сұйық фазадағы Гиббс энергиясынан кіші болғанда. Егер айналым көлемнің сәл ғана өзгеруімен жүрсе, онда G = E-TS, мұнда Е-толық энергия (фазаның ішкі энергиясы), T-абсолют температура, S-энтропия.Гиббс энергиясының сұйық және қатты күйдегі температураға тәуелділігінің өзгерісін түсіндіре кетсек. Тп температурасынан жоғарғы температураға сұйық металл төзімді, өйткені мұнда энергия қоры аз, ал бұл температурадан төмен температураға қатты металл төзімді. Тп температурасында Гиббс энергиясы металлдың сұйық және қатты күйлері үшін тең. Тп температурасы берілген заттың қалыпты кристаллизациялық температурасына сәйкес келеді және осы бойынша екі фаза да (сұйық және қатты) бір мезгілде бола алады. Осы температурада кристаллизация процесі әлі басталмайды. Кристаллизация процесі іске асуы үшін мына шарттар орындалуы керек: қатты металлдың Гиббс энергиясы сұйықпен салыстырғанда аз болып және осы кезде ∆G Гиббс энергиясы пайда болса.Осыдан келе, кристализация процесі Т қалыпты температурасынан төмен болатын металлдың қайтасуы кезінде пайда болады.Кристализация процесі өте алатын Т және Т температурасының айырмашылығын қайта суыту дәрежесі деп аталады.∆Т = Т - Т,Әр түрлі v жылдамдықта суытылған таза металдардың кристализация процесін өрнектейтін термиялық қисықтар әр алуан болып келеді. Өте жай суыту кезінде қайта суыту дәрежесі үлкен болмайды және кристализация процесі Т қалыпты температураға жақын температурада өтеді.Термиялық қисықта кристализация температурасында горизонталь аудан белгіленеді. Оның пайда болуы кристализацияның жоспарын жылуының бөлінуімен пайда болады. Суыту жылдамдығының көбеюімен қайта суыту дәрежесі өседі және кристализация процесі өтетін температура қалыпты кристализациялық температурадан анағұрлым төмен температурада өтеді. Қаншалықты сұйық металл таза болса, соншалықты ол қайта суытуға бейімірек. Өте таза металлдарды қатайту кезінде қайта суыту дәрежесі ∆Т өте үлкен болуы мүмкін. Алайда көбінесе қайта суыту дөрежесі 10-30С-тан аспайды.Ең алғаш Черковтың айтқанына сүйенсек кристализация процесі кристалдық түбіршелердің түзілуінен басталып, олардың көлемі мен санының көбею процесімен жалғасады.Құйманың ТП температурадан төмен кезіндегі қайта суытуда металлдың көптеген учаскелерінде тұрақты, өсуге қабілеттігі бар кристалдық түбіршелер пайда болады.Құрылған кристалдар еркін өскен кезде, олар дұрыс геометриялық пішінде болады. Алайда өсіп келе жатқан кристалдардың өзара соқтығысуынан кейін, олардың сол учаскедегі өсуі тоқтап қалады. Өсім тек тамақтанатын сұйықтыққа еркіндік бар бағдарларда жүреді. Қорыта айтқанда, өсіп келе жатқан кристалдар алғашында дұрыс пішінде болады да, қатайғаннан кейін бұрыс пішіндегі кристалиттер немесе бидайшықтар деген атқа ие болады.Кристализация процесі кезіндегі құбылыс күрделі және әртүрлі.Ең қиыны сұйықтағы бірінші кристалликтің пайда болу құбылысын, яғни процестің бастапқы шегін елестету қиын.Бұл центрлердің пайда болу шартын айқындау үшін негізгі сұйық металлдың құрылымын анық ұсыну керек екені айқын. Кристалдық және сұйық фазалардың схемалық модельдерін сипаттап өтсек. Сұйық металда атомдар газ тәріздес күйдегідей ретсіз орналаспаған, сонымен қатар олардың орналасуында атомдар алыс реттілік деп аталатын атомдар арасындағы қашықтықтың тұрақтылығы мен үлкен арақашықтықта бұрыштың қатынасты сақтайтын қатты кристал денеге тән дұрыстық жоқ.Сұйық металда тек қана атомдардың реттелген орналасуы өте үлкен емес қашықтыққа таралған кезде жақын реттілік сақталады.Атомдардың интенсивті жылулық қозғалыстарының әсерінен жақын реттілік динамикалық тұрақсыз болады. Атомдары дұрыс орналасқан микрокөлемдер пайда болғаннан кейін бірнеше уақыт бар болады, одан соң сорылып және басқа сұйықтың элементарлық көлемінде қайта пайда бола алады және т.б.Температураның төмендеуі салдарынан жақын реттілік деңгейі мен осындай микрокөлемдердің өлшемі үлкейеді.Балқу температурасына жақын температурада сұйық металда атомдар кристалдағыдай түйілген кішкене топтаушалар пайда болуы мүмкін.Мұндай топтасулар фазалық флуктуациялар деп аталады.Қоспадан таза сұйық металда ірі гетерофазалық флуктуациялар ұрықтарға айналады.