- •Шишляев, В.Н.
- •1.3.1. Полиморфные превращения
- •2. СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ
- •2.3. Свойства металлических расплавов
- •2.3.1. Температура плавления и плотность
- •2.3.2. Поверхностное натяжение
- •2.3.2.1. Поверхностное натяжение и смачиваемость
- •2.3.2.2. Капиллярные явления
- •2.3.2.3. Определение поверхностного натяжения
- •2.3.4. Диффузия в жидких металлах и сплавах
- •Вопросы для самоконтроля
- •3.1. Термодинамические условия кристаллизации
- •3.3. Кинетика кристаллизации
- •3.4. Механизм кристаллизации
- •Вопросы для самоконтроля
- •4. ФОРМИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ
- •4.1. Кристаллизация чистых металлов
- •Х/ННчУ
- •4.2.1.1. Концентрационное переохлаждение
- •4.2.1.2. Особенности механизма кристаллизации сплавов, образующих твердые растворы
- •4.2.2. Кристаллизация эвтектических сплавов
- •4.2.3. Эвтектические структуры в реальных сплавах
- •5.2. Основные положения современной теории кристаллизации
- •5.2.2. Формирование центральной равноосной зоны
- •5.3.2. Влияние скорости кристаллизации
- •5.3.3. Влияние перегрева
- •5.3.4. Влияние перемешивания расплава
- •5.3.5. Влияние примесей
- •Вопросы для самоконтроля
- •6.1. Получение отливок с заданной структурой
- •6.2. Величина зерна литых сплавов
- •6.2.1. Границы зерен в литых сплавах
- •6.2.2. Микроструктура литых сплавов
- •6.3.3. Специальные методы модифицирования
- •6.3.4. Виды модифицирования
- •7.1. Дендритная ликвация
- •7.2. Зональная ликвация
- •7.2.1. Прямая зональная ликвация
- •ШШШШШ
- •7.2.2. Обратная ликвация
- •8.1. Растворимость газов в расплавленных металлах
- •8.3. Выделение газов в процессе затвердевания
- •8.5. Неметаллические включения
- •8.6. Методы устранения дефектов газового характера
- •8.6.1. Предупредительные меры
- •8.6.2. Способы удаления газов из расплава
- •8.7. Рафинирование расплавов
- •8.8. Раскисление металлических расплавов
- •Вопросы для самоконтроля
- •9. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
- •9.1. Кристаллизация при высоких скоростях охлаждения
- •9.2. Получение монокристаллических изделий
- •9.4. Получение компактных нанокристаллических материалов
- •9.4.2. Методы получения наноматериалов
- •Вопросы для самоконтроля
- •10. ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ
- •10.1. Жидкотекучесть
- •10.1.1. Виды жидкотекучести
- •10.1.2. Определение жидкотекучести
- •10.1.3. Жидкотекучесть чистых металлов и сплавов
- •10.1.5. Влияние технологических условий литья
- •10.1.7. Заполняемость форм
- •10.2. Усадка литейных сплавов
- •10.2.4. Определение объемной усадки
- •10.2.7. Устранение усадочных раковин
- •10.2.8. Герметичность сплавов
- •10.3. Напряжения в отливках
- •10.3.1. Классификация напряжений
- •10.3.2. Методы снижения напряжений
- •10.4. Горячеломкость сплавов
- •10.4.1. Виды трещин в отливках
- •10.4.2. Оценка горячеломкости сплава
- •10.4.3. Факторы, влияющие на горячеломкость сплавов
- •10.4.4. Пути снижения горячеломкости
- •Вопросы для самоконтроля
- •БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
',°Ci
а |
б |
Рис. 49. Изменение концентрации и равновесной температуры кристаллизации сплавов, у которых кв> 1
Кстати, пока мы рассматривали возникновение концентрацион ного переохлаждения у сплавов с нисходящими линиями ликвидуса и солидуса. Подобное явление наблюдается и у сплавов с фазовой диаграммой, приведенной на рис. 49, а. В случае кристаллизации сплавов, температура плавления которых растет при увеличении концентрации второго компонента, в жидкости, примыкающей к по верхности раздела, содержание растворенного вещества составит Со/к, т. е. будет меньше равновесного. При удалении от фронта кри сталлизации его концентрация будет возрастать до равновесной. Одновременно с этим будет повышаться и температура ликвидуса (см. рис. 49, б), что и приведет к концентрационному переохлаж дению.
4.2.1.2. Особенности механизма кристаллизации сплавов, образующих твердые растворы
Если бы концентрационного переохлаждения не было, то кри сталлизация в сплаве продолжалась бы за счет продвижения плоско го фронта кристаллизации в расплав. Плоский фронт, как было рассмотрено ранее, образуется при положительном градиенте темпе ратур (см. рис. 33). Возникновение концентрационного переохлаж дения приводит к разрушению плоского фронта и к появлению ячеи стого фронта кристаллизации. В этом случае поверхность твер дой фазы представляет собой чередование выступов и впадин между ними.
Образование выступов на фронте кристаллизации при наличии концентрационного переохлаждения легко объяснить при помощи схемы, приведенной на рис. 50.
а |
б |
в |
Рис. 50. Схема образования выступа на границе раздела жидкой и твердой фаз
Если принять, что поверхность раздела фаз в начале кристалли зации микроскопически гладкая и плоская, то из-за неполного проте кания диффузии на этой поверхности всегда будут микроскопически неоднородные участки, различающиеся по концентрации растворен ного вещества. Это приведет к соответствующему изменению (кон центрационному подавлению) термического переохлаждения. Пусть на локальном участке В в жидком расплаве растворенного вещества окажется больше, чем на соседнем участке А (см. рис. 50, а). В этом случае концентрационное подавление термического переохлаждения
врасплаве перед участком В будет больше, чем перед участком А.
Врезультате этого на локальном участке А окажется большее пере
охлаждение АТа (см. рис. 50, б), и этот участок получит преимущест во в скорости роста. Таким образом, на гладком фронте кристаллиза ции сформируется выступ (см. рис. 50, в).
Рост выступа сопровождается оттеснением растворенного веще ства в жидкую фазу в боковом направлении (рис. 51). Накопление второго компонента у основания выступа будет тормозить кристал лизацию данного участка. Через некоторое время около основания первого выступа образуются новые выступы, которые также получат
|
фазы в твердую [17]. Это увеличивает |
|||
|
глубину переохлажденной зоны, |
что, |
||
|
в свою очередь, создает предпосылки |
|||
|
для роста дендритных, а не ячеистых |
|||
|
кристаллов. |
|
|
|
|
Характер образующейся в сплаве |
|||
|
структуры |
зависит от |
концентрации |
|
|
примесей или второго компонента В, |
|||
|
степени переохлаждения АТ и скоро |
|||
|
сти кристаллизации VKp Связь между |
|||
Рис. 54. Условия перехода от |
этими факторами и характером обра |
|||
одного механизма роста к дру |
зующихся |
кристаллов |
показана |
на |
гому: 1 - плоский; 2 - ячеи |
рис. 54. С увеличением скорости кри |
|||
стый; 3 - ячеисто-дендритный; |
сталлизации механизм |
роста кристал |
||
4 - дендритный |
лов трансформируется в направлении |
|||
|
от ячеистого к дендритному. |
Чем |
больше концентрация растворенного вещества, тем вероятнее обра зование дендритных кристаллов. По мере увеличения скорости кри сталлизации происходит и постепенное усложнение формы растущих кристаллов.
При малых скоростях образуются преимущественно глобуляр ные (округлые) кристаллы (рис. 55, а). С увеличением скорости кри сталлизации кристаллы становятся более угловатыми, и их форма приближается к дендритной (рис. 55, б). Дальнейшее увеличение скорости приводит к образованию дендритов с все более тонкими осями. Расстояния между ними уменьшаются, пропадают оси третье го, а затем и второго порядков, образуются игольчатые кристаллы. Это связано с различием скоростей роста главных и второстепенных
>■
О 0 |
0 & |
о о |
а о |
|
а |
Рис. 55. Зависимость формы кристаллов от скорости кристаллизации