Спонтанное зарождение центров

Трудный и противоречивый процесс. При температурах ниже Т_s в жидком металле начинают образовываться группы атомов кристаллического вида, которые и являются центрами кристаллизации. При этом свободная энергия уменьшится на величину F_ум=(f_ж – f_тв) V_ц.к.= fV_ц.к., где f_ж и f_тв – свободная энергия единицы объема жидкости и твердого вещества соответственно, а V_ц.к. – объем центра кристаллизации.

Этому фактору противодействует возрастание свободной энергии из-за образования поверхностной энергии (атомы на поверхности кристалла обладают большей свободной энергией, чем внутри кристалла и в жидкости). Величина свободной энергии выражается формулой S_ц.к.= F_ув, где - коэффициент поверхностного натяжения, S_ц.к. – суммарная поверхность зародыша, F_ув – величина, на которую возрастает свободная энергия.

Соотношение между F_ум и F_ув при данной температуре зависит от размера образующихся зародышей, точнее от соотношения объема и поверхности, т.к. f и при постоянной температуре – константы.

V_ц.к.=а³, где а – сторона кубического зародыша.

S_ц.к.=6 а². Их соотношение = = .

Когда а маленькое. То поверхностная энергия преобладает, такой зародыш неустойчив, он растворяется. При крупном зародыше > , зародыш растет, свободная энергия будет непрерывно уменьшаться. Размер зародыша, когда достигается = , называется критическим.

Увеличение степени переохлаждения приводит к уменьшению размера критического зародыша, т.к. увеличивается (см. рис. 3.1). Чем быстрее охлаждается расплав, тем больше «n», тем больше будет образовываться зародышей – металл будет мелкозернистый.