KURZUS: Mérnöki anyagismeret
MODUL: Fémek és ötvözetek egyensúlya
12. lecke: Kristályosodás
| ||||
A tartalom feldolgozása a következő követelmények teljesítését segíti: | ||||
| ||||
A kristályos szerkezet rácselemekből épül fel, melynek alakja változatos és jellegzetes. Az ionos és kovalens kötéssel rendelkező anyagok, az ásványok, kerámiák kristályainak külső alakja formatartó, magán viseli a rácstípus jellegzetességeit. Ezek az egyedülálló kristályok az egykristályok. | ||||
| ||||
Ha tiszta fémen teljesen sima, sík felületet csiszolatot készítünk, azután maratás után szabad szemmel vagy mikroszkóppal nagyítva megszemléljük a metszetet azon vékony vonalakkal határolt területeket láthatunk. | ||||
Minden ilyen mező egy-egy kristálynak a csiszolat síkjával való metszete. A határoló vonalak nem szabályosak, tehát a fémkristályokat nem határolják sík kristálylapok. |
| |||
A fémek esetében csak speciális hűtési módszerrel tudunk egykristályokat kialakítani. Bármely fémdarabot megnézve azon a kristályosság nem fedezhető fel. | ||||
A nem szabályos sík felületekkel határolt kristályokat krisztallitoknak nevezzük. | ||||
![]() | Olvadék dermedése | |||
Az olvadékban az atomok összekapcsolódásával kristálycsirák képződnek. A kristályosodás során a meglévő csirákhoz további atomok kapcsolódnak, a csirák növekedni kezdenek. Növekedés közben a szomszédos, szabályos lapokkal határolt kristályok egymásba érve akadályozzák egymást, így szabálytalan határfelületekkel határolt szemcsék ún. krisztallitok keletkeznek. | ||||
A krisztallitokat a gyakran szemcsének nevezzük. |
| |||
![]() | ![]() Figyelje meg az ábrán, hogy a növekedés közben egymással összeérő kristályok között alakul ki a szabálytalan felület. A fémeknél szinte mindig krisztallitokkal találkozunk. | |||
Kristályosodási formák | ||||
A kristályosodás sebessége a kristályon belül az egyes irányokban különböző lehet. A különböző fémek esetében az eltérés különböző lehet. | ||||
Ilyen poliederes krisztallitok figyelhetők meg gyakran horganyzott lemezek felületén. |
| |||
Ez a forma abban az esetben, alakul ki, ha a kristályok növekedési sebessége kevéssé irányfüggő. | ||||
| ||||
A legtöbb fém esetében van olyan irány, amelynél a többihez képest jóval nagyobb a kristályok növekedésének sebessége. Ezért a csira ebben az irányban gyorsan nő és tű alakúvá válik. A további hőelvonás eredményeként, ismételten elágazó, fenyőágra emlékeztető dendrites szerkezet keletkezik | ||||
Ez a forma figyelhető meg pl. a vasötvözeteknél is. |
| |||
Pl. az öntöttvasakba szilárd szilíciumot visznek be közvetlenül az öntés előtt. |
| |||
A szferolitos forma akkor alakul ki, ha a csira a tér minden irányában egyforma sebességgel nő. | ||||
![]() | A kristályosodás folyamata | |||
A kristályosodás, a krisztallitok jellege és mérete a kristályosodási képességtől vagy csiraképződéstől, és a kristályok növekedésének sebességétől függ. Mindkét tényezőt befolyásolja az olvadásponthoz képesti túlhűtés mértéke. A kristályosodási sebesség esetében még azt is figyelembe kell venni, hogy a kristályon belül az egyes irányokban nem azonos. | ||||
| ||||
A kristályosodási képesség a fémeknek az a képessége, hogy olvadékukban hűtés hatására a dermedés pont alatt, spontán, külső beavatkozás nélkül kristálycsirák, magok keletkeznek. A kristályosodási képesség mérőszáma az olvadék térfogatának egységében időegység alatt képződő magok, csirák száma. | ||||
A kristályok lineáris növekedési sebességét kristályosodási sebességnek nevezzük. Jele: KS, mértékegysége: [] | ||||
![]() | ![]() Figyelje meg az ábrán, hogy a KK és a KS az olvadás illetve dermedésponton (T0) nulla. A hőmérséklet csökkenésével rohamosan nőnek. Az ábrán az is megfigyelhető, hogy a KK gyors hűtés hatására meredekebben nő (több csira keletkezik), majd egy maximum után csökken. A KS nem függ a hűtés módjától. | |||
Milyen szemcseméret alakul ki dermedéskor? | ||||
Lassú hűtés | ||||
| ||||
Milyen szemcseméret alakul ki dermedéskor? | ||||
Gyors hűtés | ||||
| ||||
Milyen szemcseméret alakul ki dermedéskor? | ||||
| ||||
A kristályosodást befolyásoló tényezők Idegen fajtájú csira | ||||
| ||||
Az öntvények készítésénél a legjobb tulajdonságok a finom szemcseszerkezet mellett érhetők el. Ezt azonban a gyakran használt homokforma nem biztosítja. Ebben az esetben az olvadékba kívülről viszünk be csirákat. Ezek az idegen fajtájú csirák is megindíthatják a kristályosodást és lassú hűtés mellett is finom szerkezetet kapunk. | ||||
![]() | ![]() Figyelje meg az ábrán, hogy az idegen fajtájú csira "eltolja felfelé" a KK görbét, tehát jelentősen növeli a csirák számát, ezáltal finomítja a szerkezetet. |
Ellenőrző kérdések | |||||||||
Jelölje be az egy helyes megoldást! | |||||||||
1. Mit nevezünk krisztallitnak?
![]() | |||||||||
2. Hogyan befolyásolja a hűtés erélyessége a kristályosodási sebességet?
![]() | |||||||||
3. Hogyan befolyásolja a hűtés erélyessége a kialakuló szemcseméretet és miért?
![]() | |||||||||
4. Mi a dendrites szerkezet és mi az oka?
![]() | |||||||||
5. Milyen szerepet töltenek be az idegen fajtájú csirák kristályosodás közben?
![]() | |||||||||
6. Mi a kristályosodási képesség mértékegysége? ![]() | |||||||||
7. Mi a kristályosodási sebesség mértékegysége? ![]() |