Строение слитков

Несамопроизвольная кристаллизация

В реальных условиях характер образующейся структуры в значительной степени зависит от наличия готовых центров кристаллизации.

В реальных условиях кристаллизации источником образования зародышей являются всевозможные твердые частицы (неметаллические включения, оксиды, стенки формы).
Если частицы примесей имеют одинаковую кристаллическую решетку с решеткой твердой фазы, параметры их отличаются не более чем на 5-7%. (то есть соблюдаются условия структурного и размерного соответствия) (изоморфные примеси), то такие примеси являются готовыми центрами кристаллизации.

Наличие готовых центров приводит к уменьшению критического зародыша, работы его образования, затвердевание происходит при меньшем переохлаждении.

Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче зерно. Такое образование зародышей называется гетерогенным.

Эти примеси находятся в твердом состоянии, когда основной металл в жидком состоянии.

Для стали – это Al,V,Ti

Для Al-сплавов – Ti, V,Zr

(образующие мельчайшие частицы кристаллы, нитриды, оксиды, кристаллизующиеся в первую очередь)

В жидком металле могут присутствовать и другие растворенные в нем – которые снижают ……

Aкр= 4G/∆Gv

Это поверхность – активные примеси

Для стали это – PЗМ, B

Для Al сплавов – Na,Li,K

И те и другие примеси вводят в очень малых количествах в жидкий металл (от тысячных до десятых долей %) называются модификаторы и служат для измельчения зерна. А технологический процесс введения этих примесей называется модифицированием.

Форма и размер зерен, образующихся при кристаллизации, зависит от:
- условия их роста (главным образом от скорости и направления отвода теплоты)

- температуры жидкого металла

- содержания примесей

Рост зерна происходит по дендритной (древовидной) схеме.

Установлено, что максимальная скорость роста кристалла наблюдается по плоскостям и направлениям, которые имеют наибольшую плотность упаковки. В результате вырастают длинные ветви, которые называются осями 1 порядка, от которых ответвляются оси 2 порядка, от них оси 3 и так далее. В последнюю очередь идет кристаллизация в участках между осями.

Дендриты растут до соприкосновения друг с другом. Дендритное строение характерно для макро и микроструктуры литого металла.

Типичная структура слитка представлена на рисунке, в которой различаются три зоны.

В 1 зоне образуются жидкие равноосные кристаллы из-за большой степени переохлаждения с холодными стенками изложницы. В этой зоне отсутствует направленный рост из-за случайной ориентации.

В зоне 2 (столбчатых кристаллов) происходит преимущественный рост кристаллов, наиболее благоприятно ориентированных по отношению к теплоотводу (обратно отводу тепла).

В 3 зоне (зоне крупных равноосных кристаллов) наблюдается наименьшая степень переохлаждения, нет направленного отвода тепла.

Применяя различные технологические приемы, можно изменить качественное строение зон или исключить из структуры какую-нибудь зону.

Например, перегрев сплавов перед разливкой и быстрое охлаждение при кристаллизации приводят к формированию структуры, состоящей из одних столбчатых кристаллов. Подобную структуру имеют слитки очень чистых металлов. Зона этих кристаллов характеризуется наибольше плотностью, однако на участках стыка кристаллов, растущих от разных поверхностей металл имеет повышенную и повышенное количество примесей, что приводит к трещинам в этих местах при последующей обработке давлением.

Низкая температура разливки сплавов, продувка жидкого металла инертными газами, вибрация, модифицирование приводит к уменьшению и исчезновению зоны столбчатых кристаллов. Получается, слиток, состоящий из…

В верхней части слитка из-за того, что твердый металл имеет меньший объем, чем жидкий, который кристаллизуется в последнюю очередь, образуется пустота – усадочная раковина. Усадочная раковина обычно загрязнена примесями, под ней содержатся поры. Эта часть слитка отрезается.

Слитки сплавов имеют неодинаковый состав. Развивается зональная, гравитационная ликвация. В слитках от поверхности к центру и снизу вверх увеличивается количество примесей. Ликвация отрицательно сказывается на механических свойствах. Гравитационная ликвация образуется в результате разницы в удельных весах твердой и жидкой фаз. В зависимости от того, легче кристаллизирующаяся фаза или всплывает или садится на дно.
Для уменьшения гравитационной ликвации используют большие скорости охлаждения. Применение космической технологии устраняет этот вид дефекта.

Дата добавления: 2014-01-11