Форма кристалів
Як правило, кристал, що виник у рідині, росте в першу чергу в напрямку мінімальної відстані між атомами. Таким чином, насамперед виростають осі першого ладу. Одночасно під певним кутом до осі першого порядку починають рости осі другого порядку, яких ростуть осі третього порядку тощо. Через війну виростають кристали деревоподібної форми, отримали назву дендритів. Залежно від швидкості охолодження та умов тепловідведення їх розміри та форма можуть бути різні (можуть бути рівновісними або стовпчастими).
Металевий злиток утворюється при кристалізації металу у виливниці. Як правило, структура литого зливка складається із трьох основних зон.
1 - поверхневий шар рівноосних кристалів, утворених в умовах високої швидкості охолодження металу при зіткненні рідкого металу холодними стінками виливниці.
2 - зона стовпчастих кристалів з розвиненою віссю першого порядку (транскристалітів), утворених в умовах зниженої швидкості охолодження та перпендикулярному стінкам виливниці тепловідведення.
3 - зона великих неорієнтованих рівноосних кристалів, утворених в умовах найменшої швидкості охолодження та ненаправленого тепловідведення.
У верхній частині злитка розташована концентрована садинна раковина - порожнина, не заповнена металом, утворена внаслідок об'ємного усадки металу при кристалізації 4.
Також внаслідок об'ємної усадки по осі зливка утворюється пухкість. У злитку під усадковою раковиною та в донній частині спостерігається помітне підвищення вмісту домішок: C, S, Р (лікувальних). Це призводить до падіння механічних властивостей.
Будова сплавів
У техніці частіше використовуються не метали, а металевісплави, оскільки вони мають найкращий комплекс властивостей порівняно з металом. Сплави одержують сплавленням елементів, спіканням (порошкова металургія), дифузією.
Металевий сплав – складна система на основі металу. Сплави містять два і більше компонентів.
Фазою сплаву називається однорідна частина сплаву, відокремлена з інших межею розділу, під час переходу через яку склад чи структура різко змінюються. Змінюються та властивості. Метал у рідкому стані є однорідною фазою. Те саме стосується і сплавів. При кристалізації металу утворюється нова жорстка фаза. При цьому метал знаходиться у двофазному стані - у рідкому та твердому. У сплаві твердою фазою можуть бути зерна чистого металу, твердого розчину, хімічної сполуки.
У розплавленому стані багато металів необмежено розчиняються один в одному. При кристалізації компоненти сплаву може мати різний тип взаємодії, що визначає утворення різних видів сплавів. Розрізняють три основні види сплавів, що утворюються під час кристалізації двох компонентів.
1 Механічні суміші
2 Тверді розчини
3 Хімічні сполуки
Механічні суміші утворюються, якщо компоненти розчиняються в рідкому та практично нерозчинні у твердому стані. Будова цих сплавів неоднорідна – двофазна. Такий сплав має два типи кристалічних ґрат: грати компонента А і грати компонента В. Такі сплави утворюють елементи, що значно відрізняються за властивостями.
Тверді розчини утворюються у разі взаємної розчинності компонентів як у рідкому, так і в твердому стані. При цьому один компонент (якого більше) зберігає свою кристалічну решітку, другий компонент у вигляді окремих атомів розташовується в першій решітці. Перший компонентназивається розчинником, другий - розчинним.
Тверді розчини мають однорідну (однофазну) будову з ґратами розчинника.
Розрізняють тверді розчини застосування та заміщення. У першому випадку атоми розчинного проникають у межузельний простір решітки розчинника.
Ці сплави утворюють метал з неметалами, що мають малі атомні радіуси (H, N, C, B). Ці елементи утворюють обмежені розчини, що не перевищують 1...2%.
У твердих розчинах заміщення атоми розчинного розташовуються у вузлах решітки розчинника, замінюючи його атоми. Ці розчини можуть бути як необмежену розчинність, так і обмеженою. Необмежені тверді розчини утворюють ізоморфні компоненти (що мають близькі за типом і параметрами кристалічні решітки), атомні радіуси яких відрізняються не більше ніж на 8...15%.
Розчинне займає, як правило, довільні місця у вузлах грат розчинника, утворюючи невпорядковані тверді розчини. У той же час, при зниженні температури може спостерігатися перерозподіл атомів розчинного з утворенням упорядкованих твердих розчинів. Структура таких розчинів називається надструктурою, і вони розглядаються як проміжні між твердими розчинами та хімічними сполуками.
Хімічні сполуки утворюються у разі хімічної взаємодії компонентів під час кристалізації. При цьому строго певна кількість атомів компонента А взаємодіє хімічно з певним числом атомів компонента, утворюючи одне хімічне з'єднання типу A nB m.
Хімічні сполуки мають низку особливостей:
з'єднання має свій тип кристалічної решітки, відмінної від ґрат компонентів;
властивості сполук відмінні від властивостей компонентів;
розкладання з'єднання (дисоціація) відбуваєтьсяза постійної температури.
Крім названих типів сплавів, існує ще безліч проміжних фаз сплавів, які не можуть бути повністю віднесені до жодного з названих типів.
Дослідження сплавів провадиться на основі діаграм стану сплавів.