2. Особенности строения литого и деформированного материала

Литой материал является основой для получения деформированных заготовок (ковкой, прокаткой, штамповкой, прессованием), а также является рабочей структурой фасонных отливок.

Дефекты литого материала:

1. химическая неоднородность (зональная (по объему) и дендритная (по крупным зернам → дендритам));

Исправляются нагревом при горячей обработки, и собственно деформацией (за счет дробления собственных зерен).

2. усадочная раковина – формируется, ввиду неправильно сконструированных стенок отливки, недостаточного питания жидким металлом при кристаллизации, наличия температурного интервала начала и конца кристаллизации.

При постоянной температуре и узком интервале кристаллизации технологическими приемами усадочную раковину можно вывести за пределы отливки (прибыли, питатели).

3. усадочная пористость – образуется в сплавах с широким интервалом кристаллизации.

Для устранения усадочной пористости используют холодильники и формовочных смеси с особым физико-химическим составом.

4. разнозернистость (по объему или толщине). Обусловлена условиями охлаждения при кристаллизации.

При деформировании дефект устраняется. В фасонных отливках (при толщине стенок от 100 мм) дефект не устраним.

5. внеосевая рыхлота – формируется на стыках зерен.

В зависимости от технологии литья вносятся следующие дефекты:

• песочные засоры;

• шлаковые включения;

• пригар металла.

Особым видом дефектов является газовая пористость. В случае плохой обработки жидкого металла может сформироваться чисто газовая фаза (поры).

Конструктивные формы отливки и взаимодействие металла с формой, а также структурно-фазовые превращения являются причинами образования горячих и холодных трещин.

3. Деформируемый металл

Основным недостатком является текстура и полосчатость, т.е. волокнистое строение (в направлении максимальной деформации) и раскатанные неметаллические включения, образующие микротрещины (волосовины).

Эти факторы являются причиной анизотропности механических свойств (не одинаковаемости) в продольном, поперечном и высотном направлениях.

4. Термическая обработка стальных отливок

Для получения механических и служебных свойств отливок важнейшим фактором является первичная структура металла, которая должна иметь минимальную химическую неоднородность, особенно в крупных кристалло – дендритах.

Не менее важным является дисперсность дендритной структуры (размерность). Для уменьшении химической неоднородности в стальных отливках важен учет фактора К=С_т /С_ж (коэффициент распределения элементов в твердой (С_т) и жидкой (С_ж) фазе).

Коэффициент ликвации (неоднородности) [1-К]=С_* − С_ж / С_ж .

Рис. 8. Влияние К на развитие ликвации

Обобщения:

1. В общем случае химическая неоднородность объясняется изменением растворимости компонентов (элементов) сплава в процессе кристаллизации.

2. Чем меньше коэффициент распределения стали, тем выше неоднородность и больше скопления элементов его на границе дендритов.

3. Чем меньше растворимость элемента, тем выше неоднородность.

Введем понятие монокристалла – это твердое тело, кристаллическое строение которого имеет строго ориентированную направленность (в одном направлении) и состоит из субзерен и фрагментов (субзерно – скопление правильно расположенных элементарных ячеек).

Дендрит, по Чернову, представляет собой монокристалл, который растет из одного центра, в направлении теплоотвода осью I порядка.

Оси II и III порядка появляются при замедление роста кристалла. Скелет дендрита имеет химический состав отличный от среднего.

Главным фактором появления дендритов является влияние примесей с малой растворимостью (< 0,2%): S, P, N, H, O, Pb, As, Cu и высокий градиент переохлаждения у стенки отливки. В общем случае рост дендритов может быть и под углом от стенки отливки (ветвление дендритного пространства). Причина: изменение теплоотвода, перемешивания металла и конвективные потоки металла.

Помимо дендритов структура состоит из мелкозернистой (у стенки отливки) и в средней части крупных равновесных полиэдрических зерен. Фактором появления последних являются:

1. Концентрационное переохлаждение расплава на фронте «твердая фаза – остаток жидкости».

Концентрационное переохлаждение заключается:

1. «в отложении» примесей на гранях растущих зерен;

2. наличии твердой фазы, которая способствует выделению скрытой теплоты кристаллообразования, повышающей температуру жидкой стали.

Смысл направленной кристаллизации заготовок в реальных отливках базируется на понятии анизотропии механических свойств (свойства в продольном направлении кристалла и поперечном отличаются).

Поэтому необходимо исключить с структуре поперечные границы.

Рис. 9. Кристаллизация стали:

1 – мелкозернистая структура;

2 – дендрит; 3 – крупнозернистая

структура полиэдров.