Форма обратной связи

Металлы - кристаллические вещества, характеризующиеся при данных условиях строго определенным пространственным расположением атомов. Такое расположение атомов у каждого металла обусловлено их энергетическим состоянием (взаимодействие электронов с ядром) и соответственно минимумом свободной энергии F системы атомов. Таким образом, металл в твердом состоянии при данной температуре имеет определенное, энергетически наиболее устойчивое кристаллическое (атомное) строение с минимумом свободной энергии F.

Нагрев или охлаждение изменяют энергетическое состояние атомов, т.е. амплитуду колебаний атомов (отклонения от узловых положений), энергетические условия внутри самого атома. Все это может привести к изменению их взаимного расположения, которое при данной температуре будет соответствовать минимуму свободной энергии системы атомов при изменившемся энергетическом состоянии. Свободная энергия любой системы атомов с повышением температуры уменьшается с определенной скоростью.

Однако до определенной температуры нагреваемый металл остается кристаллическим телом с тем или иным расположением атомов в кристаллической решетке. Повышение температуры будет приводить к дальнейшему изменению энергетического состояния атомов, возрастут вероятность их отрыва от узлов и вероятность разрушения кристаллического комплекса на отдельные колонии. В этот период энергетическое состояние металла приближается к энергетическому состоянию расплава, поэтому при достижении определенной температуры t₂ свободная энергия жидкости станет ниже свободной энергии даже высокотемпературной модификации кристаллического тела . Чтобы достигнуть полностью жидкого состояния, нужен некоторый перегрев на величину АТ_п (разница в свободной энергии А/_п). Однако жидкое состояние металла, особенно при температуре, не намного превышающей равновесную температуру плавления, нельзя представлять как состояние при полностью разрушенной атомной кристаллической решетке. Существует даже мнение, что в жидком состоянии металл сохраняет кристаллическую решетку, но с сильно возросшим числом вакансий. В качестве доказательства приводится то обстоятельство, что при переходе из твердого состояния в жидкое плотность большинства металлов изменяется всего на 3 %. Этой величиной и оценивается доля вакансий у жидкого металла, в то же время у твердого она составляет -~0,1 %. Такое представление о строении жидкого металла, по-видимому, может быть справедливо при небольших степенях перегрева. При увеличении перегрева цельность металлической решетки должна нарушаться, на отдельных участках могут сохраняться группировки относительно закономерно построенных атомов. Эти группировки в силу энергетических условий не могут быть устойчивыми, поэтому систематически будет происходить их разрушение в одном месте и образование в другом. Размер и устойчивость этих группировок должны зависеть от степени отклонения от равновесных энергетических условий - от равновесной температуры плавления. Чем больше это отклонение и чем выше температура перегрева АГ_п, тем меньше размер группировок атомов и тем ниже их устойчивость.

Такие группировки атомов имеют большое значение для процесса кристаллизации, поскольку при охлаждении ниже равновесной температуры Т₂ они станут элементами для надстройки новых атомных слоев и образования кристаллов, т. е. естественными центрами самопроизвольной кристаллизации. Чем меньше этих центров, тем крупнее кристаллы при переходе из жидкого состояния в твердое.