Строение металлического слитка

Слитки представляют собой стальные полуфабрикаты которые в дальнейшем будут подвергнуты обработке резанием давлением и т.д. Слитки получают путем кристаллизации расплавленного металла в специальных формах называемых – изложницами.

Залитая в изложницы сталь отдает теплоту ее стенкам, поэтому затвердевание стали начинается у стенок изложницы. Толщина закристаллизовавшейся части непрерывно увеличивается, при этом между жидкой сердцевиной слитка и твердой коркой металла располагается зона, в которой одновременно имеют место растущие кристаллы и жидкий метал между ними. Эта зона называется фронтом роста кристаллов. Кристаллизация слитка заканчивается вблизи его продольной оси, верхняя часть слитка остывает медленнее чем нижняя. Поэтому создаются условия для смещения газовых примесей в верхнюю часть.

На строение стального слитка большое влияние оказывает степень раскисленности стали. В зависимости от степени раскисления стали могут быть трех видов: Спокойные (СП), кипящие (КП) и полуспокойные (ПС). В качестве примера рассмотрим строение слитка спокойной стали.

Кристаллы, образующиеся в процессе первичной кристаллизации, могут иметь различную форму в зависимости от:

q скорости охлаждения;

q направления теплоотвода;

q содержания примесей.

Первичный древовидный кристалл называется дендритом. Максимальная скорость роста кристаллов наблюдается по таким плоскостям и направлениям, которые имеют наибольшую плотность упаковки атомов.

В результате вырастают длинные ветви, которые называются осями первого порядка. На осях первого порядка появляются и начинают расти ветви второго порядка, от которых ответвляются оси третьего порядка. В последнюю очередь идет кристаллизация в участках между осями дендрита.

При заливке жидкого металла в форму и последующей кристаллизации получается слиток, отдельные зоны которого отличаются микроструктурой.

Структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона - наружная мелкозернистая корка (1), состоящая из неориентированных мелких кристаллов - дендритов. Эти кристаллы имеют очень маленькие размеры поэтому направленность отвода тепла в них не проявляется. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает большой градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов (2). После образования мелкозернистой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из-за небольшого числа центров кристаллизации начинается рост в направлении теплоотвода, образуются столбчатые кристаллы.

1-мелкозернистая корка,

2-столбчатые кристаллы,

3-крупные равноосные кристаллы,

4-усадочная раковина.

Третья зона слитка - зона крупных равноостных кристаллов (3). В центре слитка уже нет определенной направленности отвода тепла. В результате образуется крупная равноосная структура.

Жидкий металл имеет больший объем, чем закристаллизовавшийся, поэтому залитый в форму металл в процессе кристаллизации уменьшается в объеме, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами (4). Верхняя часть слитка с усадочной раковиной отрезается. В слитках небольших размеров зона (3) может отсутствовать. Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов называется транскристаллизацией.

Слитки сплавов имеют неоднородный состав. Неоднородность по химическому составу называется ликвацией. Ликвация может быть зональная (различная концентрация элементов по зонам сечения слитка), гравитационная (образуется в результате разницы в удельных весах твердой и жидкой фазы, а также при кристаллизации несмешивающихся жидких фаз), дендритная (более тугоплавкие и чистые элементы образуют оси 1 порядка, менее тугоплавкие - 2 и 3 порядка, а самые легкоплавкие и содержащие примеси - заполняют межосное пространство).

Дата добавления: 2014-01-11