Формирование кристаллов
Форма и размер зёрен, образующихся при кристаллизации, зависят:
скорости и направления отвода тепла:
температуры жидкого металла;
содержание примесей.
Структура слитка зависит от многих факторов: (рис.1.37)
количество и свойства примесей в чистом металле;
количества легирующих элементов в сплаве;
температуры разливки сплава;
скорость
охлаждения при кристаллизации и т.д.
680оС 750оС 850оС 950оС
Рис.1.37 Схема строения металлического слитка, полученного при разных температурах
Типичная структура слитка сплавов состоит из трёх зон: (рис.1.38)
мелкие равноосные кристаллы на поверхности слитка, из-за большой степени переохлаждения;
столбчатые кристаллы, наиболее благоприятно ориентированные по отношению к теплоотводу, расположенные нормально к стенкам формы;
равноосные кристаллы больших размеров в середине слитка, где наблюдается наименьшая степень переохлаждения и не ощущается направленного отвода тепла.
Структура, состоящая из одних столбчатых кристаллов, называется транскристаллитной. Встречается у слитков очень чистых металлов.
Химическая неоднородность по отдельным зонам слитка называется зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства сплава. В реальных сплавах кроме зональной встречаются и другие виды ликвации.
Аморфное состояние металлов
При сверхвысоких скоростях охлаждения (106 оС/с) из жидкого состояния диффузионные процессы настолько замедляются, что подавляется образование зародышей и рост кристаллов. В этом случаи при затвердевании образуется аморфная структура (аморфные сплавы или металлические стёкла) (рис.1.39).
Аморфные металлические материалы удачно сочетают высокие прочность, твёрдость и износостойкость с хорошей пластичностью и коррозионной стойкостью.
Рис.1.38 Строение слитка
Большое практическое значение имеет также и возможность получения аморфных металлов в виде лент, проволоки диаметром несколько микрометров непосредственно при литье, минуя такие дорогостоящие операции, как ковка, прокатка, волочение, промежуточные отжиги, зачистки, травление.
В настоящее время аморфная структура получена более чем у 20 чистых металлов и полупроводниковых материалов и более 110 сплавов. Это сплавы легкоплавких, редкоземельных и переходных металлов.
Рис. 1.39 Структура аморфного металлического сплава
А – межкристаллитная компонента, образуемая из всех атомов, расположенных по границам зёрен;
В – структурная компонента кристаллическая, которая включает себя атомы, расположенные внутри кристалла
Контрольные вопросы
Задачи материаловедения?
Отличие аморфных тел от кристаллических?
Основные характеристики кристаллических решёток?
Кристаллографические индексы.
5. Что такое анизотропия?
6. Что такое полиморфизм?
7. Дефекты в кристаллах.
8. Что такое дислокация?
9. Что такое фаза, твёрдый раствор, химическое соединение?
10. Что такое прочность металла?
11. Как влияют дефекты на прочность металла?
Какие процессы происходят при кристаллизации сплавов?
Параметры кристаллизации?
Что такое и как определяется термодинамический потенциал
(свободная энергия) системы?
Отчего зависит структура слитка при кристаллизации?
Опишите типичную структуру слитка после кристаллизации.
Что такое аморфное состояние металла?