3.4 Строение слитка металла

Зависимость размера зёрен металла от степени переохлаждения расплава наглядно демонстрирует структура слитка металла, в частности структура слитка затвердевшей углеродистой стали (рис. 3.4.).

Этот слиток обнаруживает три характерные зоны: мелкозернистую корочку – 1, зону вытянутых столбчатых кристаллов – 2 и зону неориентированных крупных кристаллов – 3.

Кристаллизация расплава начинается с формирования зоны 1, т.е. со стенок литейной формы, где горячий расплав соприкасается с относительно холодной поверхностью формы. Поскольку степень переохлаждения расплава здесь очень высокая, зёрна металла оказываются мелкими.

Рис. 3.4. Структура слитка стали

На следующем этапе кристаллизации формируется зона столбчатых кристаллов (зона 2). Степень переохлаждения расплава здесь значительно меньше и поэтому зёрна вырастают крупными. В тоже время рост кристаллов происходит в сторону противоположную отводу тепла – от стенок к центру слитка, поэтому зёрна оказываются ориентированными перпендикулярно стенкам формы.

Центральная часть слитка (зона 3) формируется на заключительном этапе кристаллизации. Поскольку степень переохлаждения расплава здесь небольшая, а тепло отводится во все стороны равномерно, зёрна в этой зоне оказываются крупными и неориентированными, т.е. округлыми.

В верхней части слитка формируется усадочная раковина, что связано с уменьшением объема металла при затвердевании. В этой области обычно собираются всевозможные загрязнения и неметаллические включения. Поэтому область слитка с усадочной раковиной подлежит удалению.

4. Деформация и механические свойства материалов

4.1 Упругая и пластическая деформация материалов

Деформацией называют изменение размера и формы образца материала без его разрушения под воздействием внутренних механических напряжений. Причиной этих внутренних напряжений обычно выступают различного рода внешние нагрузки. Однако возможно влияние и внутренних факторов, таких как структурно-фазовые превращения в материале, неравномерный нагрев или охлаждение образца и т.п.

Деформацию материалов подразделяют на упругую и пластическую.

Упругая деформация наблюдается при относительно небольших напряжениях в образце и исчезает после исчезновения причин её вызвавших, в частности после снятия внешней нагрузки.

Пластическая или остаточная деформация наряду с упругой наблюдается при более высоких напряжениях в образце и не исчезает после исчезновения причин её вызвавших, т.е. сохраняется после снятия внешней нагрузки.

Способность материалов испытывать значительную пластическую деформацию перед разрушением называют пластичностью. Многие металлы и сплавы отличаются достаточно высокой пластичностью.

Под механическими свойствами материалов понимают их способность сопротивляться деформации и разрушению под воздействием различного рода внешних нагрузок. К механическим свойствам относят твёрдость материалов, их прочность, пластичность, вязкость и т.д. От механических свойств в значительной степени зависит успех эксплуатации различных деталей, механизмов и конструкций.

Для оценки механических свойств материалов проводят специальные механические испытания, в которых на испытуемый образец подают различные нагрузки и изучают его деформацию иногда вплоть до разрушения.