17. Форма кристаллов. Причины образования дендритов. Следствия дендритного способа кристаллизации.

Форма кристаллов.

При малых ∆Т образуются кристаллы правильной рвноосной формы. Грани у этих кристаллов имеют минимальную поверхность натяжения.

∑S σ -> min

Минимальной поверхностной энергией обладают грани с наиболее плотной упаковкой. При более высоком ∆Т возникающие кристаллы принимают разветвленную дендритную форму.

Причины образования дендритов.

С увеличением Vохл и Vкрист более интенсивно выделяется Qкрист. В жид. Ме образуются конвекционные потоки, которые лучше охлаждают выступающие поверхности кристалла , чем вогнутые.

В более благоприятных условиях для дальнейшей кристаллизации оказываются ребра и углы кристаллов.

При больших ∆Т рост кристалла не идет путем послойного заполнения грани, различные участки кристаллов растут с разной V => образуется дендрит.

Образуются оси 1 порядка, от них под углом до оси 2 порядка и т.д. Оси дендритов растут в опред. кристаллографических направлениях.

С разветвление кристалла и увеличением длины ветвей происходит их утолщение. Межосные промежутки заростают, дендрит исчезает. образуется монолитное зерно.

Вывод: следует различать дендритную форму роста кристалла и дендрита (древовидные кристаллы), которые можно наблюдать в местах, где сплава не хватило для зарастания межосных участков (например, на поверхности слитка, на поверхности усадочной раковины и т.д.).

Следствия дендритного способа кристаллизации.

1. Малорастворимые примеси, а так же понижающие Т_плав скапливаются в участках Ме, понижающих Т_плав (в межосных промежутках, на границах дендритов), а примеси, повышающие Т_плав находятся в осях дендритов.

2. Образуются микропоры (микроусад. раковины) в межосных промежутках и на границах дендритов, которые приводят к значительному снижению уровня механич. свойст.

3. В процессе затвердевания из Ме может выделиться газ, т.к. растворимость газов в жид. Ме меньше, чем в тв., ветви дендритов препятствуют выплытию пузырей и они остаются в Ме.

18. Структура слитка.

Расплавим Ме, зальем в металлич. или песчаную изложницу. Рассмотрим процесс охлождения и кристаллизации.

Около стенок формы вследствие трения Ме о стенки, турбулентности движ-я и наиб. ∆Т возникает большое кол-во зародышевых центров.

Зона 1 - мелкозернистая корка.

После образования корки условия теплоотвода меняются, Т стенок повышается, градиент температур в прилегающем слое Ме уменьшается => уменьшается ∆T. из небольшого числа зародышевых центров начинают расти столбчатые кристаллы, нормально ориентированные к направлению теплоотвода.

Зона 2 - зона столбчатых кристаллов.

По мере развития кристаллизации и уменьшения интенсивности теплоотвода при удалении от поверхности скорость роста столбчатых кристаллов постепенно уменьшается. Т центральных зон жидкого Ме понижается, за счет конвекции выравнивается по сечению, развитие столбчатых кристаллов прекращается и образуются равноосные кристаллы.

Зона 3 - зона равноосных кристаллов.

19. Условия возникновения различных зон при кристаллизации слитка.

Управляя процессом кристаллизации можно регулировать форму и размер зерна. Размер зерна чистого Ме определяют перегревом жидкой фазы. Форма зерна - градиентом температур по сечению.

Изменение условий охлаждения осуществляется путем изменения материала изложницы и толщены стенок.

1) При значительном перепаде температур наблюдается транскристаллизация (приводящая к стыку столбчатых кристаллов).

2) При малом градиенте температур по сечению отливки зародышевые центра образуются равновероятно в объеме отливки. зоны столбчатых кристаллов - нет.

Охлаждение зависит от теплоемкости материала изложницы. Чем больше теплоемкость - тем энергичней охлаждение. Медные изложницы лучше охлаждают, чем стальные.

Скорость охлаждения регулируется подогревом форм.

Примеси так же влияют на кристаллизацию, т.к. способствуют образованию зародышей в переохл. объемах жидкой фазы.

Действия примесей:

1. Способствуют более раннему прекращению роста столбчатых кристаллов.

2. Уменьшают величину равноостных кристаллов, возникающих в центральных частях слитка.

в Al примеси: B

Перегрев Ме перед заливкой так же оказывает влияние на кристаллизацию.

Влияние перегрева:

Чем больше Тперегрева, тем больше Vохл => увеличивается перепад температур.

1) Наблюдается зона столбчатых кристаллов.

2)С увеличением Тнагр (при перегреве) примеси растворяются => уменьшается число зародышевых центров, образовавшихся непроизвольным путем => развиваются столбчатые кристаллы.

Факторы, влияющие на кристаллизацию слитка:

1. Природа, масса, степень чистоты затвердевающего Ме.

2. Толщина и материал стенок изложницы.

3. Тподогрева изложницы.

4. Наличие примесей.

5. Тперегрева Ме.

Свойства слитков с различной структурой.

Зона столбчатых кристаллов обладает высокой плотностью. Вдоль вых. участке при ОМД могут возникнуть трещины.