3.11.3. Кристал1защя 1 будова стальних зливив

3.11.3.1. Кристал1зац1я стал1

Сталь у виливницях кристал1зуеться (тверд1е) у вигляд! кристанш деревоподхбно! форми — дендрит1в. Процес кристал!зацп склада» п,< ч з двох стадш — зародження кристал1в 1 наступного !х росту. Ролр!:шю ють гомо- та гетерогенне зародження кристал1в. Гомогенне зароджш ня — це утворення зародгав кристала в об'ем1 рщко! фази, а гетероп п не — це утворення кристалхв на вже юнуючш м1жфазнш поверх 1м (па поверхш твердих часточок, що знаходяться в розплавх, наприклад, ж металевих включень, стшок виливниць тощо).

Гомогенне зародження вщбуваеться так. У рщкому металг б] ля точки кристал1зацп внаслщок флуктуаци енерги, складу й щшьносп безиерерм но утворюються угруповання атом1в з упорядкованою структурою ком плекси або зародки твердо! фази. Одночасно 1 безперервно здшснюпы ч руйнування б!льшо!" частини 13 них. Для того щоб зародок став термодшм м1чно стшким, тобто здатним до иодальшого росту, потр1бш иевш у моим

1з термодинамши вщомо, що перехщ рщини у твердий стан 1 напп.п.п можливий, якщо в1льна енерпя системи при цьому зменшусгыч Тверднення 1 розплавлення в процес1 змши температури пояснюкиы ч тим, що за температури, яка вища за точку кристал!зац!!, меншу пиюму вгльну енергда мае рщка фаза, а за нижчо! температури — тверда

; У прицеп утворення зародив вшьна енерпя системи, з одного боку, "И1Ну< "гься внаслщок витрати енерп! на утворення поверхш розподшу "ЙЛйм зародок, а з шшого боку, — зменшуеться внаслщок перехо- ЧМстшш рщини у тверду фазу з нижчим р1внем в1льно! енерп!. За ИРрШ'.ури кристал1зацп вольна енерпя рщко! та твердо! фаз р1вш, у утворення зародка неможливе, осюльки немае джерела для ком- СйцП' витрати енерп! на утворення поверхш розподщу фаз. Для "(«чши зародка потр1бне деяке переохолодження розплаву: що бшьше ЁОХолодження, то бшьший витраш в1льно1 енергп для переходу 13 Кого стану в твердий.

{в георп кристал13ац11 вщомо, що за и ев л о! величини переохолодження Модинам1чно стшкими, тобто здатними до подальшого росту, е Т1 за- ки, розм1р яких перевищуе так званий критичний. Критичний М1р це такий розм)р, починаючи з якого подальший р1ст супро- (Иуп'ьсм зниженням вшьно! енерп! утворення зародка. Величину "ТИ'нюго радиуса зародка визначають 13 такого сшввщношення:

(3.88)

'кр

= (2^_ж-_твГ_кр)/0_крАГ,

1_т ,„ м1жфазний натяг на меж! рщко! 1 твердо! фаз, Дж/см ; температура початку кристал13ацц, К; АТ — величина переохо- ,И(Н11(и, К; Р_кр — прихована теплота кристал)зацп, Дж/см³. |{4 сшввщношення (3.88) випливае, що у раз1 зб1льшення ступеня Мижо.нодження критичний рад1ус зародка зменшуеться, тобто термо- "ИйМ1чпо стшкими стають дргбшнп зародки. Отже, стають стшкими 1 ЧИШпоть рости багато 13 тих часточок ново! фази, як1 за вищо! темпе- ури руйиувалися ввдразу шсля утворення. Що вищий стушнь пере- :дпдж<'11пя, то вища штенсившсть утворення стшких зародюв. С!л!д яазпачити, що за гетерогенного зародження кристал1В (на 1сную- Й ипиерхш розподыу) витрати енерп! та потр1бний стушнь переохо- Жепин значно мешш, шж за гомогенного. Так, експериментально ЙНиилеио, що кристалгзац^я чистого (без вмкту завислих домшок) ||Ш почипаеться теля охолодження близько 300 °С, а в реальних "ШЖ к сталь иочинае кристал1зуватися вже шсля переохолодження на ййи градусов, тобто в реальних умовах вщбуваеться переважно гете- рНИг зародження кристал1в.

Пристал, що зароджуеться, мае правильно ограновану або близьку ||м! форму (рис. 3.51), яка визначаеться типом кристал1чних граток. "ИМИ иевдовз! шсля зародження правильний р1ст кристала припиня- (>и I ночипасться переважно р1ст його вершин, тобто плок дендрита. Нпнгшосться ТИМ, що К1ЛЬК1СТЬ теплоти 1 ДОМ1ШОК сплаву, ЩО ВИД1ЛЯ- Шд чае кристал1защ!, мппмальна б1ля вершин 1 максимальна б1ля }|р(11 ранен кристала, внаслщок чого припиняеться подальша криста- |йнШн ("Мни граней. Вщ вершин кристала (для сплав1в на основ1 зал1- мм аед| >а) ростуть оа першого порядку (стовбури дендрита), нопм

Усередину нентрово! вставляють вогнетривю трубки. Висота цетрп во! мае бути б1льша, шж висота виливнищ (для розливання киплячт сталО або виливнищ з прибутковою надставкою (для розливання сип кшно! сталО на 300 — 350 мм. 31браш виливнищ встановлюють на за/п I ничш В1зки 1 подають у розливний ПрОПН.

Розливання сифоном мае таю переваги: 1) отримують чисту повермин зливк1в (зливки, В1длит1 сифоном, не потребують обдирания 1 значит о очищения); 2) можливтсть одночасного вщливання кшькох злившв, рп V лювання швидкост1 заповнения виливниць 1 контролю поведшки мсм лу; 3) пщвищуеться стшюсть футер1вки ковша та полшшуються умомн роботи стопора й шиберного затвора внаслщок меншо! тривалосп роз ливання 1 зменшення юлькосп вщкривань 1 закривань стопора аОо затвора. До недолЫв сифонного розливання належать: 1) потреба и;н ] и вання стал1 до вищо! температури внаслщок охолодження в центроип! 1 сифоннш проводщ; 2) пщвшцеш втрати металу у вигляд1 ливппмм (0,7 — 2,0 % маси стал1, що розливаеться); 3) складшсть 1 пщвищ» па варт1сть розливання внаслщок витрат на вогнетриви, додаткове усьн кування 1 ПЩГОТОВКу п013д1в (збирання п1ддон1в 1 центрових).

Втрати металу пщ час розливання сифоном 1 зверху у вигляд1 скрапу та недоливгав становлять 0,6—1,9 %; у раз1 розливання сифоном до датков1 втрати у вигляд1 ливншав — 0,7 — 2,5 % стал1.