La valori crescute ale supraîncălzirii metalului lichid, într-o serie de cazuri are loc formarea spontană de nuclee (poate fi o formare omogenă și eterogenă). Acest lucru se poate întâmpla numai în topituri de puritate ridicată. Cel mai adesea sursa acestora sunt diverse particule solide (de exemplu, oxizi reziduali, incluziuni nemetalice și altele), care, în orice caz, indiferent cât de temeinic nu este curățat metalul și adus la cel mai pur nivel, sunt prezente în topitură. Este posibil doar să se reducă la minimum cantitatea acestora.
Dacă aceste particule solide au aceeași rețea cristalină ca și topitura care se solidifică, atunci se numesc impurități izomorfe, ai căror parametri sunt aproximativ identici (este permisă o diferență de până la nouă procente) și sunt deja considerate centre de cristalizare. Ulterior, cristalitul crește din ele.
Interesant este faptul că similitudinea structurilor suprafețelor de contact ale nucleului și ale impurității străine din metal conduce la faptul că nucleul critic începe să devină mai mic ca dimensiune, iar apoi solidificarea topiturii are loc la o suprarăcire cu un ordin de mărime mai mică decât în cazul nucleației spontane.
Procesul tehnic de nucleație eterogenă și de ce este atât de necesar în metalurgie?
Este posibil să spunem că este vorba de o formare eterogenă atunci când vorbim despre un proces, a cărui dezvoltare are loc în topituri metalice cu structuri neomogene cu solidificare pe substraturi gata preparate, în turnătorii și matrițe de turnătorie. Dar există o condiție importantă: numai dacă energia de suprafață a fazei limită dintre substrat și faza solidă nou formată în timpul solidificării topiturii este mai mică decât energia de suprafață care a fost observată la limita dintre starea nucleată și cea lichidă a aliajului.
O particularitate a nucleației eterogene este faptul că, cu cât există mai multe centre de cristalizare, cu atât granulația în sine este mai mică. După ce oamenii de știință au stabilit această dependență, aliajele au început să fie supuse modificării (introducerea de modificatori speciali — impurități care contribuie la obținerea unor granule fine de alte particule). Modificatorii nu sunt capabili să schimbe compoziția chimică a topiturii, dar afectează dimensiunea granulelor, ceea ce duce în cele din urmă la o îmbunătățire semnificativă a proprietăților mecanice ale aliajului.
La turnarea metalului topit în piese turnate modelate, compușii refractari (cel mai adesea carburi), care sunt primii care cristalizează, sunt utilizați ca modificatori. Titanul, aluminiul și, mai rar, vanadiul sunt utilizate pentru a modifica oțelurile. Titanul și vanadiul sunt foarte solicitate în industria aluminiului, dar și modificatorii de tipul al doilea, cum ar fi potasiul și sodiul, sunt adesea utilizați.
Acum știți ce este formarea structurii eterogene a germenilor și de ce acest proces este utilizat suplimentar în metalurgie.
