При понижении температуры ниже определенных показателей в жидком агрегатном состоянии металла начинается кристаллизация. Сначала образуются центры – первичные кристаллы, для продолжения процесса их роста и полной трансформации вещества требуется уменьшить количество свободной энергии.
Самый малый размер устойчивого зародыша, то есть способного к дальнейшему росту, называется критическим размером.
Переход в кристаллическое состояние требует энергии на разделение жидкости и образование первичных кристаллов. Процесс продолжается если сохранение энергии больше чем потеря для образования поверхности раздела. Зависимость энергии от первичных кристаллов показана на рис.1.
Зародыш, размером с критический или больше него, увеличивается пропорционально уменьшению энергии.
Механизм кристаллизации показан на рис. 2.
Кристаллические центры возникают независимо друг от друга на разных участках. В начальных стадиях они имеют правильную форму, после столкновения и срастания с другими зародышами форма видоизменяется. Направленность роста кристаллических центров идет в сторону доступной питательной среды. После окончания процесса получается поликристаллическое тело.
Качественный процесс кристаллизации можно графически изобразить кинетической кривой (рис. 3).
Начало процесса протекает более стремительно, до столкновения первичных кристаллов. После трансформации свыше 50% жидкости скорость кристаллизации уменьшается. Коротко процесс кристаллизации можно описать в два этапа – образование первичных кристаллов и дальнейший их рост.
Число центров (ч.ц.) и скорость их роста (с.р.) напрямую зависят от степени переохлаждения вещества (рис. 4).
Размер кристаллов зависит от их количества и скорости их роста при температуре кристаллизации.
Если температура кристаллизация пребывает в равновесии ТS первичные кристаллы не образуются и процесс трансформации вещества не происходит.
