7. Модифицирование. Живучесть модификатора. Модификаторы первого и второго рода.

Модифицированием называют процесс преднамеренного изменения структуры литого металла и сплава под воздействием очень малых количеств специально вводимых добавок.

Вводимые при этом добавки называют модификаторами.

Как правило, введение в металлы и сплавы модификаторов способствует кристаллизации структурных составляющих в округлой форме, значительному их измельчению и равномерному распределению по всему объёму.

В одних случаях мелкозернистая структура, получаемая при модифицировании, связана с воздействием модификаторов на число зародышей, в других она является следствием уменьшения скорости роста кристаллов. Модифицирование – мощное средство воздействия на различные свойства литейных сплавов как в жидком состоянии, так и после затвердевания.

Во многих процессах модифицирования действие модификаторов часто является кратковременным (этим, в частности, они отличаются от элементов, используемых при микролегировании). В результате этого после некоторой выдержки в жидком состоянии эффект модифицирования ослабляется и даже полностью исчезает.

Для некоторых сплавов было замечено, что наличие в них ничтожно малых количеств тех или иных химических элементов тормозит процесс модифицирования. Например, наличие в чугунах титана, висмута, свинца, сурьмы, мышьяка, олова и некоторых других элементов препятствует образованию шаровидного графита при модифицировании магнием. Такие элементы предложено (А.А.Горшковым) называть демодификаторами.

Модифицировать структуру металлов и сплавов при их кристаллизации можно введением:

1) тугоплавких частиц, которые должны служить «затравками» и искусственно увеличивать число зародышей при кристаллизации;

2) поверхностно-активных элементов, которые могут адсорбировать на гранях растущих кристаллов. При этом будет создан «барьер» между растущими кристаллами и жидкостью, препятствующий росту кристаллов;

3) добавок, вступающих в химическую реакцию с теми или иными элементами, находящимися в расплаве. Образующиеся в сплаве химические вещества (оставаясь в нём или удаляясь из него) могут изменить как его физико-химическую природу, так и кристаллизационную способность.

Следует отметить, что в результате модифицирования могут иметь место различные структурные изменения, а именно изменение размеров первичных зёрен-дендритов и других продуктов первичной кристаллизации, изменение внутреннего строения первичных зёрен-дендритов и изменение структуры эвтектик.

Предложено модификаторы делить на две группы.

Модификаторы первого рода поверхностно-активные. Эти модификаторы избирательно адсорбируются на границах зародышей, замедляют рост зёрен и препятствуют их слиянию. Они действуют в момент, когда частицы твердой фазы имеют коллоидные размеры.

Модификаторы, рассматриваемой группы должны обладать очень малой растворимостью в той жидкой фазе, из которой они адсорбируются. В адсорбционных явлениях определенную роль играет изоморфность структур, так как в процессе адсорбции происходит как бы стыкование (сопряжение) двух кристаллических решеток различных веществ.

К модификаторам первого рода применительно к некоторым литейным сплавам, например относят литий, натрий, цинк, магний, кальций, алюминий, олово, висмут и др.

Модификаторы второго рода увеличивают число центров кристаллизации, уменьшая работу образования зародышей и увеличивая их число.

Модификаторами второго рода в отличие от модификаторов первого рода могут быть очень тугоплавкие металлы или соединения, вводимые в расплав (или образующиеся в расплаве) в высокодисперсном состоянии или в виде коллоидно-дисперсной «взвеси». Частицы такой взвеси могут служить зародышами, вокруг которых образуются и растут кристаллы.