ния являются твердые частицы, иногда посторонние (примеси). Порой роль таких центров играют стенки тигля. Такой процесс зародышеобразования называется гетерогенным, или несамопроизвольным.
dV
dτ
Топт Т
Рис. 1.15. Кривая кристаллизации |
Рис. 1.16. Строение (рост) кристалла |
Примеси при затвердевании осаждаются в виде тонкого слоя на поверхности растущего кристалла, что приводит к уменьшению поверхностной энергии. Поэтому такие примеси называются поверхностно активными. При этом зерно получается мелким. Использование примесей для измельчения зерна называют модифицированием, а примеси – модификаторами. Они обычно более тугоплавки, чем металл.
1.2.2. Строение металлического слитка
Кристаллиты имеют различную форму в зависимости от скорости охлаждения, наличия и характера примесей. Однако в любом случае рост идет по принципу дерева: сначала растет «ствол» – ось I порядка, где рост происходит в направлении плоскостей с максимальной упаковкой атомов.
Затем на ребрах осей I порядка появляются перпендикулярные им «ветви» осей II порядка, а на них – оси III порядка. В конечном счете образуется кристалл, который называется дендрит (греч. дендрон), между ветвями которого находится еще не затвердевшая часть расплавленного металла(рис. 1.16).
Правильная форма дендрита искажается в результате столкновения с другими дендритами. При кристаллизации чистых металлов, когда на границе кри- сталл–жидкость сохраняются равновесные условия, кристалл должен расти в идеально ограниченной форме, присущей данной кристаллической структуре.
16
Однако наличие примесей и явление ликвационного разделения на границе жидкость–твердое является причиной роста дендритов. Схематично влияние примесей на образование «ветвей» «дерева» можно представить следующим образом (рис. 1.17). Оттеснение (агрегация) примесей определяет химическую неоднородность в слитке. Кристаллы, образующиеся первыми, обычно гораздо чище, чем последние.
В стальном слитке (сталь – сплав нескольких компонентов, поэтому ликвационные явления в ней ярко выражены) различают дендритную химическую неоднородность и зональную химическую неоднородность (макроликвация), которая является следствием оттеснения примесей фронтом кристаллизации в больших объемах (например, на газовых пузырях).
Рис. 1.17. Схема влияние примесей на образование «ветвей» «дерева»
При отливке слитков в изложницы структура слитка получается такой, как показана на рис. 1.18, где 1 – cлой равноосных зародышей или зона глобу-
лярных кристаллов, различно ориентирован- |
|
ных и очень мелких; 2 и 5 – зона транскри- |
|
сталлизации – столбчатые, одинаково ориен- |
|
тированные кристаллы с преимущественной |
|
теплопроводностью вдоль главной оси; 3 – |
|
зона крупных (разноразмерных) разноориен- |
|
тированных кристаллов; 4 – усадочная рако- |
|
вина с оттесненными примесями. |
|
Для малопластичных металлов, и стали |
|
в том числе, нежелательна столбчатая струк- |
|
тура слитка, так как в его центре связи очень |
Рис. 1.18. Структура слитка |
слабые и возможны дефекты даже после |
при отливке в изложницу |
17