шпоры на экзамен / шпора10

Природа кристаллизации металлов.

Изготовление отливок. Вследствие быстрого отвода тепла через стенки литейной формы, прилегающие к ним слои жидкости существенно переохлаждаются. В этих слоях образуется большое количество зародышей кристаллов. Эти зародыши растут, конкурируя друг с другом, и в поверхностных слоях слитка образуется зона мелких равноосных кристаллов. Кристаллизация приводит к выделению тепла (скрытая теплота кристаллизации), поэтому температура жидкости за фронтом кристаллизации несколько повышается. Таким образом, вероятность образования зародышей падает и происходит рост ранее возникших кристаллов на внутренней границе «корки» образовавшейся на стенках формы. В этих местах образуется зона столбчатых кристаллов. В глубинных областях отливки величина переохлаждения невелика, поэтому скорость образования центров кристаллизации мала. Поскольку рост образовавшихся зародышей происходит с большими скоростями даже при малых переохлаждениях, то образуется зона крупных кристаллов. Часто эти кристаллы имеют дендритную форму.

Таким образом, после кристаллизации формируется крайне неоднородная структура: на периферии отливки формируется мелкие зерна, а внутри слитка крупные зерна. Для получения однородной мелкокристаллической структуры в расплав вводят модификаторы – примеси регулирующие кинетику кристаллизации. Помимо модифицирования для измельчения структуры отливок расплав часто подвергают воздействию ультразвуковых колебаний. Активизация перемещения атомов под действием колебаний приводит к повышению вероятности образования зародышей кристаллов.

В тех случаях, когда необходимо получить крупнокристаллическую структуру отливки используют керамические формы, которые предварительно нагревают перед заливкой металла, замедление теплоотвода приводит к уменьшению переохлаждения расплава, а, следовательно, к снижению вероятности образования центров кристаллизации.

В тех случаях, когда скорость охлаждения расплава достаточно велика, образование и рост зародышей кристаллов в жидкости не успевает осуществляться и кристаллизация не происходит. Переохлажденные жидкости принято назвать стеклами. В материалах со сравнительно крупными, а, следовательно, мало подвижными, структурными единицами (молекулы силикатов кальция, натрия, калия) кристаллизация подавляется уже при небольших скоростях охлаждения. В металлических материалах, структурные единицы которых представляют собой одиночные атомы, для подавления кристаллизации необходимы огромные скорости охлаждения 10⁶- 10⁸С/с. Стоит отметить, что металлические аморфные материалы (металлические стекла) были получены сравнительно недавно, однако получили широкое распространение как магнинитомягкие материалы.