44. Область затвердевания и формирование структурных зон.

При затвердевании жидкого металла в литейной форме образуются различные типы литых структур в зависимости от количества и свойств растворенных веществ, содержащихся в металле, свойств, размера и конфигурации используемой литейной формы, температуры разливки и технологии. На рис.3 схематически показаны типичные структуры слитка, которые часто образуются в простой литейной форме. Структура, изображенная на рис.3, а, вообще характерна для слитков относительно чистых металлов.

а – столбчатые зерна; б – столбчатые зерна и равноосные зерна в центре; в – мелкие равноосные резкоохлажденные зерна, столбчатые зерна и равноосные зерна в центре; г – равноосные зерна

Рис.3. Возможная макроструктура слитков

Подобную структуру также часто наблюдают в слитках сильно перегретых сплавов, залитых в металлическую форму в условиях искусственного устранения термической конвекции жидкого металла.

Поскольку столбчатые кристаллы растут перпендикулярно к стенке формы, то слитки с полностью столбчатой кристаллической структурой всегда имеют в центре и в углах, то есть в местах, где встречаются фронты столбчатых кристаллов, плоскости слабости. Установлено, что в эти ослабленные зоны ликвируют растворенные вещества, газы и нерастворимые примеси. Такая структура вообще нежелательна для слитка, так как в этих ослабленных зонах она часто вызывает образование трещин при нагреве под последующую обработку слитков давлением.

Зона столбчатых кристаллов обычно простирается до центра отливки из чистого металла; в некоторых случаях в центральной зоне слитка могут быть случайно ориентированные равноосные зерна. Структуру, показанную на рис.3, б, наиболее часто наблюдают при литье сплавов в форму. Слиток состоит из наружного слоя столбчатых кристаллов и центральной зоны равноосных кристаллов. Часто в слитках наблюдают наружный слой, состоящий из мелких равноосных кристаллов (рис.3,в), называемый резкоохлажденной равноосной зоной, со слоем столбчатых кристаллов. Слитки со структурой, изображенной на рис.3, б-в, редко бывают однородными.

Различные типы ликвации формируются во время затвердевания вследствие особенностей поведений равноосных кристаллов в форме, например прямая и обратная V-образная ликвация, отрицательная ликвация.

Обратная ликвация в алюминиево-медных сплавах и оловяннистые выпоты в сплавах медь-олово являются хорошо известными примерами подобных дефектов в слитках с описанным типом структуры.

Слитки сплавов часто затвердевают с образованием полностью равноосной структуры кристаллов (рис.3, г). Обычно этот тип литой структуры является наиболее желательным, поскольку равноосные кристаллы случайно ориентированы и обеспечивают получение материала, относительно однородного по химическому составу и физическим свойствам, макроскопически изотропного. Слитки, имеющие полностью равноосную кристаллическую структуру, наиболее пригодны для последующей обработки давлением (прессования, ковки, прокатки).