10. Ликвация. Дендритная и зональная ликвация. Виды зональной ликвации.

Ликвацией в металлургии и литейном производстве называют неоднородность химического состава в различных частях отливки или слитка.

Наличие ликваций характеризует степень качества отливки или слитка.

Повышенная концентрация вредных примесей в тех или иных участках отливки ослабляет соответствующие сечения отливки и при эксплуатации может быть причиной ее поломки.

В условиях реального производства отливок образование ликвации предопределяется двумя главными факторами:

– природой (составом) сплава;

– условиями кристаллизации в литейной форме.

Различают два основных вида ликвации: внутризеренную, или дендритную, и зональную.

Внутризеренная или дендритная ликвация характеризуется наличием химической неоднородности в пределах отдельного зерна (дендрита) сплава.

Ликвационная неоднородность твердого раствора может быть устранена отжигом при высокой температуре. Отжиг, имеющий своей целью устранение внутризеренной (дендритной) ликвации, в практике термической обработки называют гомогенизацией.

При такой термической обработке происходит диффузионное выравнивание концентрации элементов внутри твёрдого раствора и ликвация устраняется или уменьшается. В тех случаях, когда в сплаве содержатся элементы, затрудняющие диффузию, гомогенизация, проходящая в продолжении многих часов, не может устранить рассматриваемый вид ликвации.

Зональной ликвацией называют химическую неоднородность, обнаруживаемую в объеме всего затвердевшего изделия.

В том случае, когда наблюдается обогащение примесями центральной части отливки или слитка, зональную ликвацию называют прямой.

Если повышенная концентрация примесей обнаруживается в периферийных зонах, а не в центре, зональную ликвацию называют обратной.

Склонность к ликвации данного элемента тем больше, чем значительнее разница его растворимости в твёрдой и жидкой фазах.

Эта разница оценивается коэффициентом распределения

С_т – концентрация элемента в металле, являющемся основой сплава;

С_ж – концентрация элемента в жидкой фазе.

Устранить образовавшуюся зональную ликвацию в отливках или слитках практически невозможно.

11. Основные особенности железоуглеродистых сплавов. Степень эвтектичности и углеродный эквивалент.

По формальному признаку – концентрации углерода, железоуглеродистые сплавы принято делить на две большие группы: стали и чугуны. Сплавы, содержащие более 2% углерода, называют чугунами. При затвердевании в этой группе сплавов имеет место эвтектическое превращение. Сплавы, содержащие менее 2,0% углерода, у которых в процессе затвердевания нет эвтектического превращения, называют сталями.

Характерные свойства стали зависят от равновесия железо – углерод и, в частности, от образования твердого раствора углерода в железе. В чистых сплавах железа с углеродом цементит всегда является метастабильной фазой и в условиях полного равновесия аустенит и феррит должны были бы находиться в равновесии с графитом. Однако в обычных сталях этого не происходит. Углерод, не находящийся в твердом растворе, в сталях связан с железом в виде цементита.

Структура чугуна может состоять из твердого раствора (феррита, аустенита), графита различной формы и размеров, карбидов и так называемых малых структурных фаз, образуемых соединениями фосфора, суры, азота и другими элементами, если концентрация их превышает возможность растворимости в основных фазах.

В большинстве случаев чугуны содержат: углерод 2,0 – 4,0%, кремний 0,4 – 3,5%, марганец 0,2 – 1,5%, фосфор 0,04 – 1,5%, серу 0,02 – 0,2%. Легированные чугуны могут содержать в значительных количествах никель (до 20%), кремний (более 15%), медь, хром, молибден и др.

В зависимости от химического состава, условий охлаждения и структурообразования в чугунах может быть или отсутствовать свободный графит, определяющий цвет поверхности излома. По это признаку чугуны принято делить на белые, половинчатые, ковкие и серые.

В белых чугунах весь углерод связан в виде карбидов. Поэтому их структура может рассматриваться на основе метастабильной системы диаграммы состояний.

Половинчатые чугуны являются промежуточными между белыми и серыми. Они содержат как эвтектический цементит, так и графит.

В серых чугунах значительная часть углерода присутствует в виде графита. Цементит, содержащий остальную часть углерода, если он имеется в чугуне, образует с ферритом перлит.

Таким образом, чтобы характеризовать чугуны, следует различать в них:

а) общее содержание углерода;

б) свободный углерод, т.е. углерод в виде графита;

в) связанный углерод, т.е. углерод, присутствующий в цементите или в других карбидах.

Ковкие чугуны – это справы, которые в литом состоянии являются белыми чугунами, а затем подвергаются термической обработке, чтобы разложить карбиды железа и получить в структуре свободный графит (так называемый «углерод отжига»). Такой графит отличается от графита обычного серого чугуна меньшей протяженностью и большей компактностью.

С учетом влияния элементов изменится и показатель, характеризующий степень эвтектичности чугуна.

Обычно для определения степени эвтектичности промышленных серых чугунов пользуются следующей формулой:

где 4,23 – процентное содержание углерода в двойном сплаве железо – углерод.

Иногда степень эвтектичности называют степенью насыщенности.

Химический состав чугуна, определяющий его положение относительно эвтектического, также характеризуется так называемым углеродным эквивалентом.

Углеродный эквивалент С_Е, выражаемый в процентах, показывает эквивалентное (или приведенное) содержание углерода, учитывающее влияние компонентов чугуна на степень его эвтектичности.

Для выражения углеродного эквивалента встречаются разные варианты формул:

;

;

.

Если углеродный эквивалент находится в пределах 4,2–4,3%, чугуны относят к эвтектическим. При меньшем значении углеродного эквивалента их считают доэвтектическими и при большем – заэвтектическими.