Лекція№2
Тема: Процес кристалізації металів. Ліквація
2.1 Енергетичні умови процесу кристалізації.
2.2 Криві Тамана.
2.3 Ліквація.
2.1 Енергетичні умови процесу кристалізації.
Неоднорідність будови литого металу обумовлена змінами умов кристалізації на протязі часу кристалізації. Відомо, що процес кристалізації можливий при певному переохолодженні рідкого металу, яке характеризується ступенем переохолодження ΔТ, і який в свою чергу дорівнює різниці температур кристалізації теоретичної Тs та фактичної Ткр: T=TS-Tкр
рис. 1 Зміна вільної енергії G за температурою t.
2.2 Криві Тамана.
Процес кристалізації складається з двох стадій утворення центрів кристалізації твердої фази /зародки твердої фази/ та ріст кристалів твердої фази. Довільне виникнення центрів кристалізації твердої фази називають гомогенним. При цьому збільшення до певної міри переохолодження призводить до виникнення більшого числа центрів кристалізації /ч. ц. / та підвищення швидкості їх росту /ш. р./, що обумовлює зменшення розміру зерен (рис. 2).
Рис. 2. Залежність швидкості зародження та росту кристалів від ступеня переохолодження ΔТ
При кристалізації зливка найбільший ступінь переохолодження спостерігається безпосередньо на кордоні між рідким металом та холодними стінками виливниці /форма, в яку заливають метал/. На протязі кристалізації ступінь переохолодження на кордоні розділу рідина – тверда фаза зменшується за рахунок прогріву стінок виливниці та утворення зони твердого металу. Це призводить до зменшення кількості зародків твердої фази та швидкості їх росту. Наявність направленого відведення тепла стимулює формування зони стовпчастих кристалів, які ростуть перпендикулярно до стінок виливниці. У центральній частині зливка направлене відведення тепла відсутнє, що сприяє утворенню неорієнтованих кристалів. Вони досить великі, так як ступінь переохолодження в цій зоні незначний.
На процес кристалізації впливають також домішки, які знаходяться в рідкому металі у зваженому стані. Якщо частинки домішок мають однакову / або подібну / кристалічну решітку до решітки металу, що затвердіває, то вони можуть бути готовими центрами кристалізації. У цьому випадку спостерігається зменшення розміру критичних зародків, а кристалізація рідини починається при меншому переохолодженні. Таке утворення зародків твердої фази називається гетерогенним. Використання таких домішок /вони отримали назву модифікатори/ веде до підвищення якості металу, а операція їх введення в рідкий метал отримала назву модифікування. Другим недоліком литого металу є його несуцільність. Утворення несуцільностей обумовлено тим, що метал в твердому стані займає менший об'єм, ніж у рідкому. Усадка розподіляється або у вигляді раковини, яка зосереджується в верхній частині зливка, або у вигляді дрібних раковин, що розподіляються по всьому зливку. Розміри та форма усадочних раковин залежать від маси металу, форми виливниці, швидкості кристалізації. Серед всіх несуцільностей найбільший вплив на структуру та властивості металів має раковина в верхній частині зливка, поверхня якої вкрита шаром оксидів, до того ж у цій частині зливка сконцентрована найбільша кількість шкідливих домішок та пустот. Цю частину зливка відрізають.