Строение слитка

На форму кристаллов, образующихся при кристаллизации из жидкого состояния, оказывает влияние ряд факторов: скорость и направление отвода теплоты, характер и количество примесей. Образовавшиеся при затвердева­нии кристаллы в большинстве случаев не имеют правильной кристаллогра­фической огранки, поскольку реализуется дендритный (древовидный) харак­тер их роста: кристаллы имеют разветвленную форму (рис. 11.5, а). Рост за­рождающихся кристаллов осуществляется неравномерно, преимущественно в определенных направлениях, зависящих от кристаллической структуры металла. Например, в металлах с кубической решеткой наибольшая скорость роста наблюдается в направлениях, соответствующих октаэдрическим осям. Сначала возникают ветви, называемые осями первого порядка (кристаллиза­ция наиболее тугоплавких элементов сплава), от них ответвляются оси вто­рого порядка и т. д. Кристаллизация завершается затвердеванием межденд­ритного пространства (самые лег­коплавкие элементы сплава). Одна­ко после завершения кристаллиза­ции дендритная структура кристал­лов часто не наблюдается. На месте дендритов возникают зерна, кри­сталлографическая ориентировка которых обусловлена ориентацией осей дендритов.

Типичная структура слитка (рис.11.5, б) состоит из трех основ­ных зон: 1) зоны мелких равноос- Рис. 11.5. Строение слетка:

НЫХ КрИСТаЛЛОВ, Образующихся При ^а ~ ^схема Дендрита по Д К Чернову 1,2,3 — оси

быстром переохлаждении металла, ^{первого}' *Т^{ГО и третьего порядков}

J соответственно, б — зонная структура слитка У —

Соприкасающегося СО СТеНКОИ _мелКие равноосные кристаллы, 2 — столбчатые

формы; 2) ЗОНЫ СТОлбчаТЫХ кри- кристаллы, 1 — равноосные кристаллы больших

СТаЛЛОВ, Ориентированных ВДОЛЬ Р^азмеР^ов- ⁴ — усадочная раковина

направления теплоотвода; 3) зоны равноосных кристаллов больших разме­ров, причем форма зерен в центре слитка обусловлена слабым влиянием теп­лоотвода. Усадочная раковина 4 формируется в верхней части слитка; в ней металл, затвердевающий в последнюю очередь, является рыхлым, поскольку пронизан газовыми порами и примесями. Эта дефектная область слитка под­лежит отрезке.

11.6. Влияние сверхбыстрой кристаллизации на структуру и свойства металлов и сплавов

При охлаждении сплавов цветных металлов (Ti, А1 и др.) со скоростью 10⁴ °С/с и Fe, Ni, Со со скоростью 10⁷ °С/с образуется аморфная структура с отсутствием дальнего порядка в расположении атомов, а также структура со сверхмелким зерном (Ю^-10 м). Это обусловлено сильным переохлаждением (большие значения Д7) и торможением диффузионных процессов, лежащих в основе роста кристаллов. Аморфные сплавы имеют ряд преимуществ по сравнению с кристаллическими:

1. Большое пересыщение твердого раствора за счет торможения диффу­зионных процессов (табл. 11.2).

Таблица 11.2. Влияние скорости охлаждения на пересыщение твердого раствора

Система	Максимальная растворимость в равновесном состоянии	Растворимость при охлаждении со скоростью 10 К/с
Ni-Ti Ni-W	10% Ti 16,4% W	27% Ti 26,3% W

2. При увеличении скорости охлаждения уменьшается разветвленность дендритов (кристаллов древовидной формы); появляются столбчатые и рав­ноосные кристаллы.

3. Наличие оптимального комплекса свойств: низкой магнитострикции, высокой магнитной проницаемости, малой чувствительности к наклепу в сочетании с повышенной прочностью и твердостью, высокой коррозионной стойкости (в десятки раз превышающей стойкость кристаллических тел), уникальных акустических свойств, высокой радиационной стойкости и большого удельного электросопротивления.

Контрольные вопросы

1. В чемсущностьпроцесса литья?

2. Каковы достоинства и недостатки технологического процесса литья?

3. Что представляет собой шихта?

4. Каково назначение огнеупорных материалов, их разновидности?

5. Как проявляется влияние строения и свойств металлических расплавов на про­цесс литья?

6. Какова физическая природа кристаллизации и ее элементарных процессов?

7. Что такое «критический размер зародыша» при кристаллизации?

8. Каковы факторы, влияющие на продолжительность затвердевания отливок?

9. Какова типичная микро- и макроструктура слитка при кристаллизации?

10. В чем проявляется влияние сверхбыстрой кристаллизации на структуру и свой­ства металлов и сплавов?