Có thể hình dung kết tinh như là sự tiếp nối liên tục của hai quá trình cơ bản trên: trong khi các mầm sinh ra trước phát triển lên thì trong kim loại lỏng vẫn tiếp tục sinh ra các mầm mới, quá trình cứ xảy ra như vậy cho đến khi các mầm đi đến gặp nhau và kim loại lỏng hết, cuối cùng được tổ chức đa tinh thể gồm các hạt. Như minh họa ở hình 1.25, giả sử trong kim loại lỏng cứ mỗi giây tạo ra một mầm, ở các giây tiếp theo khi mầm này đ∙ lớn lên lại xuất hiện các mầm mới (các hình a, b, c); quá trình cứ diễn biến như vậy cho đến khi kết thúc ở giây thứ n
(hình d). Từ đây có thể thấy:
- từ mỗi mầm tạo nên một hạt,
- các hạt xuất phát từ mầm sinh ra trước có nhiều thời gian và kim loại lỏng bao quanh, có điều kiện phát triển nên hạt sẽ to hơn; ngược lại các hạt từ mầm sinh sau sẽ nhỏ hơn, do vậy các hạt không thể có kí ch thước hoàn toàn đồng nhất, song thông thường sự chênh lệch cũng không lớn,
- do các mầm định hướng trong không gian một cách ngẫu nhiên nên phương mạng ở các hạt cạnh nhau không đồng hướng, lệch nhau một cách đáng kể, do đó xuất hiện vùng biên hạt với mạng tinh thể bị xô lệch.
b. Hình dạng hạt
Do tương quan về tốc độ phát triển mầm theo các phương mà hạt tạo nên có hình dạng khác nhau, ở đây chỉ đề cập đến một số dạng thường gặp.
- Khi tốc độ phát triển đều theo mọi phương, hạt nhận được có dạng đa cạnh hay cầu. Thông thường hạt kim loại có dạng đa cạnh do các mầm cùng loại đi đến gặp nhau (hình 1.25). Trong trường hợp một loại mầm kết tinh trước, không gặp
các mầm cùng loại, sẽ cố định được dạng cầu của nó trên nền các hạt khác loại kết tinh sau (như grafit cầu trong gang).
- Khi tốc độ phát triển mạnh theo hai phương (tức theo một mặt) nào đó, hạt sẽ có dạng tấm, lá, phiến như grafit trong gang xám.
- Khi tốc độ phát triển mạnh theo một phương nào đó, hạt sẽ có dạng đũa,
cột hay hình trụ.
- Dạng tinh thể hình kim (đầu nhọn) tồn tại trong một số trường hợp (ví dụ, khi nhiệt luyện).
Hình 1.25.Quá trình tạo và phát triển mầm theo thời gian (các hình a,b,c) và kết thúc ở giây thứ n (d).
1.7.4.Các ph!ơng pháp tạo hạt nhỏ khi đúc
Trong chế tạo cơ khí thường yêu cầu vật liệu kim loại đem dùng phải có hạt nhỏ vì cho cơ tí nh cao hơn đặc biệt là độ dai. Vậy làm thế nào để tạo được hạt nhỏ ngay trong khâu gia công đầu tiên này?
a. Nguyên lý
Rất dễ nhận thấy kí ch thước hạt cũng phụ thuộc vào tương quan của hai quá trình cơ bản của kết tinh là tạo mầm và phát triển mầm. Số mầm được tạo ra càng nhiều thì hạt càng nhỏ, nhưng mầm lớn lên (phát triển) càng nhanh thì hạt càng lớn. Bằng thực nghiệm người ta xác định được kí ch thước hạt A phụ thuộc vào tốc độ sinh mầm (số mầm được tạo nên trong một đơn vị thể tí ch và trong đơn vị thời gian) n (.../s) và tốc độ phát triển (theo chiều dài) của mầm v (mm/s) theo công thức
A = 1,14 3 3 n v
Vậy nguyên lý tạo hạt nhỏ khi đúc (cũng như trong các chuyển pha khác) là tăng tốc độ sinh mầm n và giảm tốc độ phát triển dài v của mầm. Các phương pháp làm hạt nhỏ khi đúc đều tuân theo nguyên lý này.