Cтроение металлического cлитка.

Кристаллы, образующиеся в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости oт скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кристаллы, получившие название дендритов (Рис.4).При образовании кристаллов их развитие идет в основном направлении, перпендикулярном к плоскостям с максимальной плотностью упаковки атомов. Это приводит к тому, что первоначально образуются длинные ветви, так называемые оси первого порядка(1-гл.оси дендрита).

Рис.4 Схема дендритного кристалла.

Одновременно с удлинением осей первого порядка на их ребрах зарождаются и растут перпендикулярные к ним такие же ветви II порядка. В свою очередь, на осях второго порядка зарождаются и растут оси третьего порядка и т.д. В конечном счете, образуются кристаллы в виде дендритов.

При затвердевании слитка кристаллизация начинается у поверхности более холодной формы и происходит в начале преимущественно в примыкающем к поверхности тонком слое сильно переохлажденной жидкости. Вследствие большой скорости охлаждения это приводит к образованию на поверхности слитка очень узкой зоны (I) сравнительно мелких равноосных кристаллов(Рис.5).

Рис.5 Микроструктура слитка

За зоной I в глубь слитка расположена зона II удлиненных дендритных кристаллов (зoнa транскристаллизации). Рост этих кристаллитов происходит в направлении отвода теплоты, т.е. нормально к стенкам изложницы.

В случае сильного перегрева металла, быстрого охлаждения и спокойного заполнения формы, зона удлиненных дендритных кристаллов может полностью заполнить весь объем слитка. При низкой температуре литья, медленном охлждении (например, в крупных отливках) создаются условия для возникновения зародышей кристаллизации во внутренней части отливки в виде структрной зоны III, состоящей из равноосных, различно ориентированных дендритных кристаллов.

Жидкий металл имеет больший удельный объем, чем твердый, поэтому в той части слитка, которая застывает в последнюю очередь, образуется пустота - усадочная раковина. Усадочная раковина обычно окружена наиболее загрязненной частью металла, в которой при затвердевании образуются микро- и макропоры и пузыри.

Термическая обработка

Термическая обработка - это тепловое воздействие на металлы и спла­вы с целью придания им желаемой структуры а, следовательно, и свойств. Термическую обработку - самый универсальный и распространенный способ изменения свойств металлов и сплавов проводят или как промежуточную операцию при производстве заготовок для улучшения технологичности их изготовления или как окончательную операцию для придания деталям ком­плекса свойств, обеспечивающих их износостойкость, надежность в эксплуатации.

Виды термической обработки очень разнообразны и определяются типом фазовых и структурных изменений в сплаве (Рис.6).

Рис. 6 Основные виды термической обработки.

Любая термическая обработка состоит из двух этапов: нагрева до раз­личных температур и охлаждения с различной скоростью. В процессе нагре­ва, тaк же как и в процессе охлаждения, железоуглеродистые сплавы претер­певают фазовые и структурные превращения.

Рассмотрим основные технологические процессы термической обработки.

Oтжиг – вид термической обработки, заключающийся в нагреве металла или сплава, структура которого находится в неустойчивом состоянии в результате предшествующих обработок, выдержке при температуре нагрева и последующум медленном охлаждении для получения структур, близких к равновесному состоянию. Отжиг производят для улучшения обрабатывемости, повышения пластичности, уменьшения остаточных напряжений.

Закалка - вид термической обработки материалов (нагрев, а затем быстрое охлаждение), после которого материал находится в так называемом неравновесном структурном состоянии, не свойственном данному веществу при нормальной температуре(20C). Закалка стали, например, приводит к получению в ее структуре мартенсита, характеризующегося высокой твердостью. Мартенситное превращение для углеродистых сталей возможно только из аустенитного состояния при быстром охлаждении с температур выше линии GSK.

Рис. 7. Зона закалочных температур для сталей на диаграмме железо-углерод: A-aустенит, Ф-феррит, П-перлит