Металдардың анизотропиясы

Түрлі жазықтықтағы кристалл торларының атом сандары мен арақашықтықтары әртүрлі. Осыған байланысты әртүрлі бағыттағы жеке кристалдардың (монокристалдар) қасиеттері бірыңғай болмайды. Мұндай құбылысты анизотропия деп атайды. Шын мәнісінде металдар көп кристалды болады, көптеген дәндерден (кристалдардан) тұрады. Барлық кристалдар анизотропты. Аморфты денелерде (мысалы, шайыр) көбінеки түрлі бағыттағы атомдарының тығыздықтары мен қасиеттері де бірдей болады, яғни изоэнтропты.

Кристалдану процестері

Металда кристалл торы пайда болып, сұйық күйінен қатты күйіне өту процесін кристалдану деп атайды.

Кристалдану теориясының негіздерін қалаған орыс ғалымы Д.К. Чернов. 1878 жылы орыс ғалымы, металлург Д.К. Чернов металдардың қатаюы кристалдану орталығының пайда болуынан басталатынын дәлелдеген. Олардан болашақ кристалдардың бастапқы (негізгі) өстері түзіледі, содан кейін оларға перпендикуляр өстері түзіле бастайды (1.5 суретті қара).

а б

в г

а) дендриттің қатаю нобайы; б) сұйық металдың қатаю нобайы;

в) дендриттің өсуі; г) құйма бетіндегі дендриттер

1.5 сурет - Дендридттің және сұйық металдың қатаю нобайлары

Металда кристалдардың пайда болу механизмі дендриттік сипат алады. Бастапқы кристалдар ағашқа ұқсас, дендрит деген атқа ие болған (гректің дендрен-ағаш деген сөзінен). Дендридтердің өсуі мен кристалдардың түзілуі өс аралық кеңістіктегі сұйық металмен толтыру арқылы жүреді. Кристалдар мөлшері өсе келе белгілі моментте бір-бірінің әртүрлі бағытта өсуіне кедергі жасап, әрқилы сырт пішінге ие болады. Ондай кристалдарды дәндер деп атайды. Дендриттік кристалдану кристалл орталықтарының әртүрлі жылдамдықпен өсуімен сипатталады.

Кристалдану процесі екі кезеңнен тұрады: өте майда кристалл дәндерінің (кристалл орталықтары) қалыптасуы және осы дәндерден кристалдың өсуі (1.6 суретті қара).

1.6 сурет - Кристалдану процесінің тізбекті кезеңдері

Кристалдың өсуін оның орталықтарына көптеген жаңа сұйық кристалл атомдарының қосылуымен түсіндіруге болады. Алдымен кристалдар өзінің дұрыс геометриялық пішінін сақтай отырып еркін өседі, кейіннен басқа дамыған кристалмен кездескенде еркін өсу процесі тоқталады. Екі кристалдың жанасатын қырларында даму процесі тоқталып, басқа қырларында ғана жалғасады. Мұның нәтижесінде кристалдың дұрыс геометриялық пішіні сақталмайды. Кристалдану орталықтары неғұрлым көп болса, соғұрлым кристалдың дәндері майда болады. Кристалдану орталықтарының көп болуы металдың салқындау жылдамдығына байланысты. Металдың салқындау жылдамдығы шапшаң болған сайын кристалдану орталықтары көбейеді және майда дәндердің де саны артады (1.7 суретті қара).

а ә б

1-Кристалданудың бастаталуы; 2-Кристалданудың аяқталуы;

а) Баяу салқындату; ә) жылдам салқындату; б) шапшаң салқындату;

1.7 сурет - Металдың салқындау жылдамдығының кристалдану орталықтары мен пайда болған дәндерге тигізетін әсері

Бірақ металдың салқындау жылдамдығын үнемі реттеу мүмкін емес. Металл қатайғанда оның дәндері майда болып шығуы үшін жасанды кристалдану орталықтарын туғызу қажет. Ол үшін балқыған металға арнайы заттарды қосады, оларды модификаторлар деп атайды. Кристалдың белгілі пішінге ие болуына тек қана оның басқа кристалдармен соқтығысуы ықпалын тигізбейді, сондай-ақ қорытпаның құрамы, салқындау жылдамдығы, енгізілген қоспалар әсер етеді.