Рисунок 5 – Зависимость числа центров кристаллизации (а) и скорости роста кристаллов (б) от степени переохлаждения

Самопроизвольное (спонтанное) зарождение центров затруднительно, поэтому, добавляя изоморфные (параметр решетки ≤9%) примеси порошков, можно увеличить число центров. Данный процесс называется модифицированием. По механизму воздействия различают:

1.Вещества не растворяющиеся в жидком металле – выступают в качестве дополнительных центров кристаллизации.

2.Поверхностно – активные вещества, которые растворяются в металле, и, осаждаясь на поверхности растущих кристаллов, препятствуют их росту.

Магниевые сплавы модифицируют магнезитом, графитом, мелом; алюминиевые – Ti, V, Zr;

стали – Al, Ti; чугун – Mg.

1.1.3. Строение слитка

При охлаждении из расплава образуются древовидные разветвленные кристаллы. Рост зерна происходит по дендритной (древовидной) схеме (рисунок 6). Установлено, что максимальная скорость роста кристаллов наблюдается по таким плоскостям и направлениям, которые имеют наибольшую плотность упаковки атомов. В результате вырастают длинные ветви, которые называются осями первого порядка. По мере роста на осях первого порядка появляются и начинают расти ветви второго порядка, от которых ответвляются оси третьего порядка и т.д. В последнюю очередь идет кристаллизация в участках между осями дендритов.

10

1-3 – оси соответственно первого, второго и третьего порядков

Рисунок 6 – Схема строения дендрита

Дендриты растут до тех пор, пока не соприкоснутся между собой. После этого окончательно заполняются межосные пространства, и дендриты превращаются в полновесные кристаллы с неправильной внешней огранкой. Такие кристаллы называют зернами или кристаллитами. При недостатке жидкого металла для заполнения межосных пространств (например, на открытой поверхности слитка или в усадочной раковине) кристалл сохраняет дендритную форму. Такой дендрит обнаружен Д.К. Черновым на поверхности усадочной раковины стального слитка массой 100 т (рисунок 7). На границах между зернами в участках между осями дендритов накапливаются примеси, появляются поры из-за усадки и трудностей подхода жидкого металла к фронту кристаллизации.

Рисунок 7 – Схема строения слитка

1 – мелкозернистые равноосные кристаллы ( Тпереохл. – max);

2 – крупные столбчатые кристаллы ( Тпереохл. – min); 3 – зона равноосных кристаллов.

11