Формирование структуры литых металлов. Влияние скорости охлаждения на величину зерна. Модифицирование

Первичная кристаллизация – переход металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллической структуры.

Вторичная кристаллизация – образование новых кристаллов в твердом кристаллическом веществе.

Кристаллизация происходит в том случае, если термодинамический потенциал вещества в твердом состоянии будет меньше термодинамического потенциала в жидком состоянии.

Степень переохлаждения – разница между равновесной и реальной температурой кристаллизации. Степень переохлаждения зависит от природы металла. Она увеличивается с повышением чистоты металла и ростом скорости охлаждения.

Зависимость числа зародышей кристаллов и скорости их роста от степени переохлаждения. При  T₁ – число зародышей мало, скорость роста отлична от нуля. В результате кристаллы вырастают до крупных размеров. При  T₂ – число зародышей резко возрастает, скорость роста увеличивается, но кристаллы из-за большого количества не успевают вырасти до крупных размеров (структура из мелких кристаллов).Чем мельче кристаллы в структуре металла, тем выше прочность и твердость, меньше пластичность. Для малых объемов металла  T можно изменять за счет изменения скорости охлаждения. Модифицирование – технологическая операция, применяемая для измельчения структуры металлов и сплавов. Она состоит во введении в жидкий сплав перед разливкой специальных добавок – модификаторов. В качестве модификаторов используют поверхностно-активные вещества (в сталях бор, в алюминии натрий), а так же элементы, образующие тугоплавкие тонкодисперсные частицы (титан, цирконий в алюминии и его сплавах; алюминий, титан в сталях).

Строение металлического слитка.

Зона I: Высокая скорость охлаждения. Структура – мелкие, равноосные кристаллы.

Зона II: Быстрое охлаждение, большая разность температур, мелкие кристаллы, растущие навстречу оттоку тепла. Игольчатые (столбчатые) дендриты.

Зона III: Центральная часть слитка. Медленное охлаждение. Форма кристаллов: крупные, равноосные. Чем ближе к центру, тем больше содержание вредных примесей. Примеси можно удалить механически,

Зона IV: В верхней части слитка, концентрируется наибольшая часть легких примесей (шлаки), газовых пузырей, трещин, раковин, и т. д. После изготовления эту часть удаляют.Наиболее качественными являются слитки с одинаковой структурой кристаллов по всему объему. Зональная ликвация – химическая неоднородность по отдельным зонам слитка. Зона ликвации – химическая неоднородность по отдельным зонам слитка. Она отрицательно влияет на механические свойства. Дендритная ликвация – характеризуется неодинаковым химическим составом по сечению зерна.