5. Строение металлического слитка.

Особенности кристаллизации оказывают большое влияние на макростроение отливки. Обычно в макростроении отливок можно различить следующие три зоны:

1) внешнюю с мелкозернистыми безразлично ориентированными кристаллитами;

2) среднюю со столбчатой структурой, с кристаллитами, ориентированными по тепловому потоку;

3) центральную с крупными равновесными безразлично ориентированными кристаллитами.

внешняя зона образуется вследствие значительного переохлаждения и появления большого количества зародышей, возникающих из-за интенсивного охлаждения и развитой поверхности жидкий металл – форма;

средняя – вследствие перепада температур по сечению отливки и относительно свободного роста кристаллитов по направлению к центру отливки;

центральная – в результате выравнивания температуры в центральных зонах отливки и объемного затвердевания в условиях отсутствия перепада температур в них.

В зависимости от состава сплава, конфигурации отливки, условий заливки и кристаллизации в отливках или отдельных ее сечениях та или иная зона может отсутствовать из-за большего развития других зон.

6. Легирование. Схема промышленных методов легирования. Влияние легирующих элементов на свойства сплавов.

Легированием принято называть введение в расплавленные или твердые металлы легирующих элементов, чтобы получить сплав заданного химического состава и придать ему определенные требуемые механические, физические или химические свойства.

Когда легирующие материалы вводятся в жидкий металл, легирование называют общим (объемным), а когда в поверхностные слои затвердевшей или затвердевающей отливки, легирование называют поверхностным.

С развитием процессов легирования было введено понятие микролегирование, под которым понимают введение в сплав легирующих материалов, остаточное содержание которых не превышает 0,1%.

Те или иные легированные сплавы могут быть получены не только специальным введением легирующих материалов (элементов), но и применением определенных шихтовых материалов, в состав которых входят легирующие элементы. Такие сплавы называют природно-легированными.

Рис. 22. Схема промышленных методов легирования.

Легирующими материалами называют технически чистые химические элементы, преимущественно металлы, вводимые в состав сплавов для придания последним определенных свойств. Основными легирующими элементами являются:

– для сталей и чугуна – хром, никель, марганец, кремний, молибден, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, ниобий, кобальт, медь, бор и др.;

– для алюминиевых сплавов – кремний, медь магний, хром, никель, кобальт, цинк и др.;

– для медных сплавов – цинк, олово, свинец, алюминий, марганец, железо, никель, бериллий и др.;

– для свинцовых сплавов – олово, цинк, сурьма и др.

Легирующие элементы можно вводить в сплавы в виде технически чистых элементов, сплавов (лигатур или ферросплавов) и солей, в состав которых они входят.

Лигатурами называют вспомогательные сплавы, которые служат для введения в расплавленный металл или сплав и необходимы для легирования или раскисления элементов. В последнем случае их чаще называют раскислителями. В качестве основного компонента лигатуры, как правило, используют тот же металл, который образует основу легируемого сплава.

Используемые в технике производства стали и чугуна ферросплавы по существу являются разновидностью лигатур, в которых наличие железа облегчает как их получение, так и последующее применение.

Несмотря на разнообразие сплавов и методов легирования, можно рассматривать лишь два принципиально различных случая влияния легирующих элементов на свойства сплавов:

1) когда легирующие примеси остаются в твердом растворе;

2) когда примеси, помимо раствора, образуют включения, имеющие поверхность раздела.

Влияние легирующих элементов на структуру и свойства сплава в первую очередь связано с тем, в каком соответствии находятся кристаллические решетки легирующего элемента и металла, являющегося основой сплава.

Если атомный объем легирующего элемента, тип и параметры его кристаллической решетки подобны этим же характеристикам основного элемента сплава, то возможен первый случай, т.е. образование твердых растворов с большим интервалом концентрации легирующего элемента. Так составлено большинство сплавов, используемых в литейном производстве (например, сталь, чугун, бронзы, латуни, силумины и др.) и представляющих различные твердые растворы легирующего элемента в основном элементе сплава (железе, меди, алюминии).

Легирующие элементы могут образовывать с основой сплава или другими присутствующими в нем элементами особые химические соединения (карбидные, оксидные, нитридные, карбонитридные и т.д.), обладающие многими ценными качествами: большой твердостью, высокой прочностью и пластичностью (вместе или отдельно), хорошей химической стойкостью, магнитными (антимагнитными) свойствами, жаропрочностью и т.п.

Если основной элемент сплава (например, железо) подвержен в твердом состоянии полиморфным превращениям (α, γ, δ), то влияние легирующих элементов определяет изменение свойств, получаемых в результате термической обработки соответствующих сплавов.

Легирующие элементы могут расширять или уменьшать те или иные области, представляемые диаграммами состояния.