2. Форма кристалів (зерен)

Зеренна структура литих металів, в тому числі й зварних швів, після охолодження в обмежених об'ємах сильно змінюється в залежності від теплотехнічних і кристалізаційних параметрів процесу твердіння (температури розплаву, швидкості його охолодження, теплопровідності, теплоти кристалізації, швидкості зародження й росту зерен тощо). Розглянемо лише основні види зеренної структури литих металів.

Розрізняють структури трьох типів (рис. 40). Перший (І) характеризується рівноосними (ізомірними) випадково орієнтованими зернами. Другий (ІІ)-витягнутими зернами, однаково орієнтованими вздовж напрямку тепловідведения (стовпчаста або транскристалітна структура). Третій (ІІІ)-поєднює в собі перший і другий: структура литого металу складається із зовнішнього транскристалітного шару і серцевини з рівноосними неорієнтованими зернами.

В першому випадку кристали зароджуються й ростуть як на поверхні, так і в об'ємі рідкого металу. Для цього необхідно існування переохолодження в достатньо широкій зоні розплаву. Об'ємній кристалізації рідини сплавів сприяє можливість гетерогенного зародження кристалів на домішках і великий температурний інтервал твердіння.

Утворення структури другого типу пов'язано з послідовною кристалізацією. В такому разі дендрити зароджуються на поверхні форми, і зниження температури розплаву сприяє нарощуванню кри- е галів вглибину рідкої ванни; в результаті вони набувають стовпчастої форми. Послідовна кристалізація особливо часто зустрічається в чистих металах і сплавах з вузьким температурним інтервалом івердіння після прискореного охолодження відливок у формах і після зварювання. Якщо переріз відливки або зварного шва невеликий, то стовпчасті кристали ростуть до центру. Таке може трапитись і в крупних перерізах, коли зовнішні й внутрішні фактори сприяють швидкому росту кристалів. Але частіше кристалізація металу в крупних відливках або в зварних швах крупних перерізів відбувається за третім типом (рис. 40).

Послідовна кристалізація відбувається лише в зовнішній зоні, н ка підпадає швидкому охолодженню. В середині перерізу послідовна кристалізація заміняється об'ємною. Структура третього типу може утворюватись і в невеликих виробах при уповільнених швидкостях охолодження.

Структура стовпчастої зони звичайно неоднорідна. Поблизу поверхні відливки або межі сплавлення зварного шва вона більш дрібнозерниста, ніж в глибині. Поперечник зерен стовпчастої зони збільшується при подальшому віддаленні від початку кристалізації. Це пов'язано з виклишованням частки неблагоприємно орієнтованих кристалів в ході твердіння металу. В найбільш благоприємних умовах знаходяться дендрити, гілки котрих спрямовані уздовж теп- дового потоку, вони проростають в рідину скоріше неблагоприємно орієнтованих дендритів, розгалужуються перед ними і ізолюють їх від розплаву. В зв'язку з ростом дендритів лише таких, які направ- іісиі уздовж теплового потоку, орієнтація стовпчастих кристалів стає одноманітною (утворюється текстура кристалізації).

Запитання для самоперевірки

1. Що таке нерівноважний солідус?

2. З яких причин виникає нерівноважна кристалізація сплавів в умовах прискореного охолодження?

3. Яка форма кристалів може утворюватись в литих сплавах в залежності від умов процесу твердіння?

4. Що таке текстура кристалізації?