Жидкое, твердое или газообразное состояние – в каждом из них может прибывать любое вещество. Переход происходит, если в новой среде структура материала более устойчива и обладает меньшей энергоемкостью. При перемене условий вещество излучает энергию, которая трансформируется по сложной системе с разным механизмом для каждой структуры. Схема образования свободной энергии в жидкой и твердой фазе при изменении температуры показана на рис. 1.1.
Если следовать схеме, когда вещество пребывает в условиях температуры выше ТS оно жидкое, ниже ТS – твердое.
Если внешние условия пребывают в точке ТS жидкая и твердая фаза имеет одинаковую энергию. В этом состоянии металл пребывает в равновесии и две фазы бесконечно могут сосуществовать. Точку ТS также называют – точкой равновесия или теоретической кристаллизации.
Для начала кристаллизации нужно, чтобы сам процесс был выгоден в термодинамическом плане и сопровождался потерей энергии в системе. Такое преобразование возможно при охлаждении жидкого вещества ниже ТS. Температура, в которой начинается фактическая кристаллизация, называется температурой кристаллизации.
При температуре ниже точки кристаллизации – начинается переохлаждение и характеризуется по степеням (ΔТ), где ΔТ = Ттеор – Ткр. Степень переохлаждения зависит от скорости охлаждения, структуры и чистоты металла.
Переход из жидкой структуры в твердое состояние металла.
Как и в переходе из кристаллического состояния в жидкое, при нагревании, так и при обратном процессе наблюдается четкая граница изменения агрегатного состояния.
Кристаллизация – образование кристаллической решетки в жидкой структуре и рост кристаллов на основе их центров. Процесс протекает при переходе в более устойчивое термодинамическое состояние с минимум свободной энергии.
Процесс преобразования металла, из жидкого в твердое состояние, графически изображен с использованием координат – время, температура. График охлаждения чистого вещества представлен на рис. 1.2.
Преобразование чистого металла.
Как видно из графика, до точки 1 металл, пребывая в жидком состоянии, охлаждается постепенно. На участке 1 — 2 происходит кристаллизация, которая сопровождается теплоотдачей (скрытая теплота). Выделение тепла компенсирует распространение его в пространстве, за счет этого температура не меняется. При достижении точки 2 температура начинает снижаться и металл охлаждается.
