Які характеристики модифікаторів треба враховувати при модифікуванні сплаву?

модификаторы делятся на два рода. К модификаторам I рода относятся нерастворимые тугоплавкие вещества, обладающие структурным соответствием с кристаллизующимся веществом, т. е. имеющие параметры кристаллической решетки, близкие к параметрам решетки этого вещества (различие не более 12 %). По существу эти модификаторы образуют центры кристаллизации, и зарождение кристаллов на поверхности модификатора I рода в отличие от самопроизвольного зарождения называется гетерогенным. При этом резко сокращается интервал метастабильности расплава и измельчается зерно.

К модификаторам I рода относят добавки титана для стали, алюминиевых и медных сплавов или добавки ванадия и хлористого натрия для алюминиевых сплавов и др.

Нерастворимые тугоплавкие дисперсные примеси, не обладающие структурным соответствием и всегда присутствующие в реальных сплавах, также влияют на процесс зарождения кристаллов. В основном к ним относятся оксиды и другие неметаллические включения. Такие примеси называют активированными, или активными.

Активирование примесей происходит, как правило, после повторного расплавления. Предполагается, что в результате затвердевания сплава на поверхности примеси образуется пограничный активированный слой закристаллизовавшегося вещества, который обладает структурным сходством с этим веществом.

С активированием примесей и их дезактивацией при большом перегреве связывают явление наследственности, заключающееся в соответствии размеров зерна в чушках и отливках. Как правило, такое соответствие наблюдается при небольших перегревах сплава. При увеличении перегрева происходит дезактивация пограничного слоя, действие примесей исчезает, и в большинстве случаев в результате образуется крупнозернистая структура.

Для некоторых сплавов после дезактивации примесей при небольшом перегреве (например, при перегреве 50 °С для алюминиевых сплавов) наблюдается измельчение зерна при значительном увеличении перегрева (например, 200 °С для тех же алюминиевых сплавов). Объясняется это тем, что в период заполнения формы поток металла разрушает ветви дендритов и обломки твердой фазы действуют модифицирующе на сплав, так как в этом случае имеется полное структурное соответствие.

Гораздо большее значение имеют модификаторы II рода, являющиеся поверхностно-активными к кристаллизующейся фазе веществами, неограниченно растворимыми в жидкой фазе и мало растворимыми (0,01...0,1 %) в твердой. Малые добавки этих веществ вызывают резкое уменьшение переохлаждения, поверхностного натяжения, интервала ]\1етастабильности и приводят к измельчению зерна из-за самопроизвольного (гомогенного) зарождения центров кристаллизации.

Модификаторы II рода не только измельчают зерно, но и изменяют его форму. При кристаллизации сплава поверхностно-активные вещества, имеющие низкие температуры плавления, оттесняются на поверхности растущих кристаллов, тормозя их рост. Они препятствуют развитию игольчатых и пластинчатых кристаллов, придавая им округлые формы.

Примерами могут служить добавки натрия в алюминий-кремниевые сплавы (эта мера приводит к изменению игольчатой формы выделений кремния в эвтектических колониях на глобулярную) и магния в чугуны с шаровидным графитом.

Кроме раздельного использования модификаторов I и II рода в последние годы применяют комплексные модификаторы, включающие вещества, которые воздействуют на структуру сплавов комплексно — одновременно как модификаторы I и II рода. Примерами таких модификаторов являются железо-кремний-магниевая лигатура ФСМг5 для модифицирования высокопрочного чугуна (в том числе в литейной форме), модификатор Fe—Si—Ca с добавками AI, Ti, Се и La для модифицирования серых чугунов.

К комплексным модификаторам можно отнести одновременную добавку 0,003 % В, 0,003 % Bi и 0,01 % AI в ковш при производстве ковкого чугуна, использование которого в настоящее время сильно сокращается. В последнем примере основным компонентом является бор, который связывает растворимый в расплаве азот, препятствующий графитизации при отжиге ковкого чугуна.

Процесс модифицирования может не дать положительного результата, если в расплавах содержится даже малое количество веществ, называемых демодификаторами. Например, наличие в чугунах титана, висмута, свинца, сурьмы, мышьяка, олова препятствует образованию шаровидного графита при модифицировании их магнием или его лигатурами.