4.3.3. Термовременная обработка жидкого металла (тво) [24, 25]

ТВО - распространенный технологический прием; в [112] сообщается о его использовании на 70 предприятиях СССР. Обработка состоит в том, что жидкий металл перед кристаллизацией (перед разливкой) перегревают выше некоторой критической температуры, которая для многих марок стали близка к 1650 ^oС. Обработка позволяет получить отливки с меньшим размером зерна и с повышенной пластичностью и прочностью металла. Рассмотрим пример, (рис. 4.7).

Расплав, полученный плавлением крупнозернистой шихты (точка А), даёт политерму вязкости  - Т по ветви АВ. Если не подвергать его значительному перегреву, то при обратном охлаждении вязкость снова изменяется по ветви АВ, а при кристаллизации получается крупнозернистая структура с пониженными технологическими характеристиками - проявляются "память" и "наследственность" расплава. Но если жидкий металл подвергнуть перегреву выше определённой "критической" температуры Ткр (то есть провести термовременную обработку), то при охлаждении его вязкость изменяется уже по другой ветви ДЕ.

Рис. 4.8. Схема ветвления политерм сплавов на основе железа

При кристаллизации наблюдается по вышенное переохлаждение, получается более выгодная мелкозернистая структура, и получаемый металл проявляет повышенную пластичность, плотность и др.

Аналогичное ветвление наблюдали на политермах поверхностного натяжения, магнитной восприимчивости, плотности и других свойств.

Около критической температуры зафиксировано также изменение дифрактограмм, свидетельствующее о глубоком изменении структуры расплава в узком температурном интервале ( 30K). Совокупность имеющихся данных соответствует современному определению размытого структурного фазового перехода. Сопоставление данных по вязкости с формулами теории простой жидкости позволяет достаточно уверенно сделать вывод о том, что здесь происходит переход от состояния простой жидкости к реальной или затвердевающей. Выше Ткр политерма вязкости согласуется с уравнениями традиционной теории; ниже Ткр реальная вязкость при охлажденни начинает все больше превышать теоретические значения, и это превышение достигает 15 порядков величины к точке стеклования ([7], см. также ниже). Если при термовременной обработке происходит переход в состояние бесструктурной простой жидкости, то вполне понятна потеря структурной "памяти" и "наследственности", более трудный и медленный рост зерна при кристаллизации такой жидкости; становится вполне понятным все явление.

4.3.4. Зародышеобразование и кинетика кристаллизации

Вопросы, подобные рассмотренным, возникают также в теории кристаллизации, в частности, при анализе влияния перегрева на кинетику кристаллизации. Основной факт состоит в том, что перегрев расплава выше определенной критической температуры Тк приводит к более трудной кристаллизации, увеличенному переохлаждению и к мелкозернистой структуре получаемого твердого образца. Этот факт также вполне естественно объясняется разрушением зернистой структуры жидкости при температуре Тк, которая может совпадать с точкой перехода в состояние простой жидкости или с температурой структурных перестроек в расплаве типа "полиморфных превращений", выявляемых в силикатных расплавах около 570 ^oС и 870 ^oС (параграф 3.3.).

В теории кристаллизации Таммана [30] роль "генов наследственности" выполняли особые гипотетические "анизотропные молекулы" органических жидкостей. Предполагалось, что они способствуют образованию зародышей кристаллизации; сохраняются в расплаве от твердого состояния; при перегреве до Тк предполагался необратимый распад таких "анизотропных" молекул. Отметим, что "полиморфизм" органических жидкостей подобным же образом объясняли изомеризацией сложных органических молекул [116].

Данилов В.И. [30] и другие исследователи убедительно показали, что зародыши кристаллизации в некоторых системах появляются лишь на малых твёрдых частицах дисперсных примесей. При этом введение подобных "чистых" частиц, например, в жидкий салол не приводит к кристаллизации; инициируют кристаллизацию и служат ее зародышами лишь такие частицы, которые извлечены из кристаллического салола, или, по крайней мере, растирались и спекались с твердым салолом. Оперируя обычными короткодействиями, предполагают образование на поверхности твёрдых частиц адсорбционных моно- или полимолекулярных слоёв салола, которые служат зародышами кристаллизации, неясным образом "дезактивируются" при перегреве и вновь "активируются" при кристаллизации или при растирании частиц с салолом.

Но если "генами наследственности" и носителями наследуемой информации о структуре являются анизотропные молекулы, монослои, асссоциаты и др., то процессы их активации и дезактивации при критической температуре должны идти по закономерностям химических реакций и, значит, должны иметь температурный интервал размытия Т, например, порядка (100-1000)К. Между тем изменение свойств расплава около критической температуры имеет интервал размытия порядка 10¹, даже 10⁰, то есть идет как полиморфное превращение, как структурный фазовый переход. Представление о зернистой структуре жидкости, которая разрушается (полностью или частично) при критической температуре, снимает эту трудность.