Які параметри плавки впливають на якість сплавів.

При нормальных условиях и начальной температуре Т_н металл находится в твердом состоянии, т. е. чтобы перевести его в жидкое состояние, металл необходимо нагреть до температуры плавления. Процессы нагрева, плавления и перегрева до температуры заливки Г_зал чистых металлов и эвтектических сплавов характеризуются изменением температуры металла (рис. 2.1) и его объема (V_{ при температуре Г_зал, V₂, V₃ при Г_кр и К₀ при Т_п) (рис.2.2). Температура фазового перехода из твердого состояния в жидкое Г_кр в течение некоторого времени сохраняется постоянной, при этом наблюдается скачкообразное увеличение объема и соответствующее уменьшение плотности.

Постоянство температуры свидетельствует о равенстве количества теплоты, подводимой к металлу, и количества теплоты, расходуемой на его плавление, т. е. сообщаемой металлу так называемой скрытой теплоты плавления.

Ликвацией называется неоднородность химического состава в объеме отливки. Одной из основных причин возникновения ликвации является отклонение условий кристаллизации сплава в отливке от равновесных.

Различают зональную ликвацию (прямую и обратную), внутрикристаллическую (дендритную) ликвацию и ликвацию по плотности (гравитационная ликвация).

В период затвердевания сплавов протекают три диффузионных процесса, которые выравнивают концентрацию: 1) разделительная диффузия — перераспределение компонентов на фронте раздела фаз, за счет которого устанавливается равновесная концентрация компонентов в твердой и жидкой фазах; 2) диффузия в жидкой фазе, которая выравнивает различие концентраций компонентов между обогащенным слоем, прилегающим к поверхно сти растущего кристалла, и более удаленными слоями; 3) диффузия в твердой фазе, выравнивающая градиент концентрации в твердой фазе. Степень развития ликвации зависит от полноты названных трех процессов.

В промышленных условиях затвердевания отливок разделительная диффузия протекает почти беспрепятственно; диффузия в жидкой фазе тормозится незначительно; диффузия в твердой фазе, напротив, тормозится сильно. В результате диффузия в твердом сплаве не успевает произойти в полной мере, и состояние фазового равновесия в твердом сплаве не достигается. Поэтому реальная кристаллизация является неравновесной, и она является физико-химической основой процесса ликвации.

Ликвация по плотности. В отливках из цветных сплавов, содержащих компоненты, сильно различающиеся по плотности, также происходит их перераспределение по высоте с возникновением зональной ликвации по плотности. Но в противоположность всплы-ванию примесей в них происходит опускание тяжелых компонентов, например свинца и олова в медных сплавах.

В жидком состоянии ликвация по плотности возникает при образовании двух несмешивающихся жидких фаз. Например, в свинцовой бронзе происходит расслоение меди и свинца. В этом случае ликвация усиливается при центробежном способе изготовления отливок. Также при центробежном литье усиливается ликвация по плотности, если затвердевание происходит с расширением объема (например, для серого чугуна) или образующиеся при затвердевании кристаллы имеют меньшую плотность, чем остающийся расплав (например, при затвердевании заэвтектиче ских силуминов первичные кристаллы обогащены кремнием, менее плотным, чем алюминий).

Дендритная ликвация. Неоднородность химического состава в пределах дендритного кристаллического зерна называется «дендритной ликвацией». Особенно заметна дендритная ликвация в отливках из сплавов, содержащих элементы с малым коэффициентом распределения. Дендритной ликвации подвержены также сплавы эвтектического типа, особенно сплавы с широким интервалом затвердевания. Увеличение количества эвтектики в структуре вследствие ликвации приводит к повышению твердости и снижению пластических свойств. Для уменьшения дендритной ликвации и улучшения названных свойств используют гомогенизирующий отжиг — нагрев и длительную выдержку сплава при температуре, близкой к температуре солидуса, с целью выравнивания химического состава в пределах микрозерна.