Построение кривых охлаждения

Для определения температуры кристаллизации металла применяют терми­­­ческий метод, заключающийся в следующем: в тигель 1 (рис. 11) с рас­плавленным металлом погружают термопару 2; термопара представляет собой две проволоки из различных металлов (или сплавов), сваренные с одно­го конца; свободные концы проволок присоединены к гальванометру 3; при нагреве сваренных концов проволоки в них возни­кает термоэлектродвижу­щая сила, что приводит к отклонению стрелки гальванометра; чем выше температура спая проволок, тем больше отклоне­ние стрелки гальванометра; для измерения температуры на гальва­нометре имеется температурная шкала 4. Если температуру, измеряемую таким методом, регистриро­вать через определенные промежутки времени, то теоре­тически для чистого металла, охлаждающегося очень медленно, кривая охлаждения в координатах «температура – время» имеет вид, показанный на рис. 12,а. Проследим ход процесса кристаллизации металла по кривой охлаждения.

Сначала, когда металл находится в жидком состоянии, темпе­ратура понижается равномерно до точки А. Затем понижение температуры прекращается, и на кривой охлаждения получается гори­зонтальный участок. Хотя тигель с металлом и охлаждается окру­жающим воздухом, но отвод тепла компенсируется выделением скрытой теплоты кристаллизации (затвердевания) металла.

 

 

Рис. 12. Кривые охлаждения при кристаллизации металла и аморфного тела

 

По времени кристаллизация продолжается от точки А до точки Б. К моменту, соответствующему точке Б, кристаллизация заканчи­вается, весь металл переходит из жидкого состояния в твердое, и после этого тем­пература вновь понижается равномерно. Температура Ts – теоретическая температура кристаллизации. В реальных условиях затвердевание не может проис­ходить при этой температуре, так как свободная энергия жидкого состояния равна свободной энергии твердого со­стояния (рис. 13). Металл, охла­дившись до Ts, еще не кристаллизуется, а остается некоторое время жидким. В это время металл переохлаждается до температуры Тn (рис. 12, б и 13). Только при этой температуре начинается процесс кристаллизации. Разность тем­ператур Ts – Тn называется степенью переохлаждения ∆Т. Чем больше скорость охлаждения, тем больше и степень переохлаж­дения у данного металла (см. рис. 12, б). В отличие от кривой охлаждения кристаллического тела (металла) кривая охлаждения аморфного тела (см. рис. 12, в) на всем протяжении идет плавно, что указывает на постепенное его отвер­девание вследствие уменьшения подвижности частиц. По своей структуре кажущееся твердым аморфное тело является переохлаж­денной жидкостью.