Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Несамопроизвольная кристаллизация

В реальных условиях процессы кристаллизации и характер образу­ющейся структуры в значительной мере зависят от имеющихся центров
кристаллизации. Такими центрами, как правило, являются частицы тугоплавких неметаллических включений, оксидов, интерметаллических со­единений, образуемых примесями. К началу кристаллизации центры находятся в жидком металле в виде твердых включений. При кристаллизации откладываются на поверхности примеси, как готовом зародыше. Такая кристаллизация называется несамопроизвольной или гетерогенной. При несамопроизвольной кристаллизации роль зародышей могут играть и стенки формы.

Наличие готовых центров кристалли­зации приводит к уменьшению размера кристаллов при затвердевании. Эффект измельчения структуры значительно уве­личивается при соблюдении структурного и размерного соответствия (расхождение в межатомных размерах не должно превы­шать 5 - 7 %) примесной фазы с основным металлом, которое способствует сопряже­нию их кристаллических решеток. Напри­мер, примесь титана в алюминии образует тугоплавкие включения фазы ТiА1₃ с те­трагональной кристаллической решеткой, которая хорошо сопрягается с ГЦК решеткой, чем способствует значительному измельчению струк­туры.

В жидком металле могут присутствовать и растворенные примеси, которые также вызывают измельчение структуры. Адсорбируясь на по­верхности зарождающихся кристаллов, они уменьшают поверхностное на­тяжение на границе раздела жидкость — твердая фаза и линейную ско­рость роста кристаллов. Из формулы (3.4) следует, что это способствует уменьшению A_кр и появлению новых зародышей, способных к росту. При­меси, понижающие поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными.

Измельчение структуры способствует улучшению механических свойств металла. На практике для измельчения структуры металлов и сплавов широко применяют технологическую операцию, называемую модифицированием. Она состоит во введении в жидкий сплав перед раз­ливкой специальных добавок - модификаторов. В качестве последних используют поверхностно-активные вещества (например, бор в сталях, натрий в алюминии и его сплавах), а также элементы, образующие туго­плавкие тонкодисперсные частицы (например, титан, цирконий в алюми­нии и его сплавах; алюминий, титан в сталях). Модификаторы добавляют в сплавы в количествах от тысячных до десятых долей процента.

При увеличении температуры жидкого металла примеси, играющие роль дополнительных центров кристаллизации, растворяются или дезактивируются, поэтому повышение температуры жидкого металла перед разливкой приводит к укрупнению зерна при кристаллизации. Наоборот, подстуживание металла перед разливкой до температур, незначительно превышающих температуру плавления металла, способствует уменьше­нию размера зерна. Подстуживание эффективно при наличии примесей (или модификаторов), образующих фазы со структурным и размерным со­ответствием с основным металлом; в этом случае даже после значитель­ных перегревов можно получить мелкое зерно, особенно если удлинить выдержку перед разливкой.