Кристаллизация металлов

В зоне мелких кристаллов металл наиболее плотен, в зоне столбчатых кристаллов металл так же плотен, содержит мало раковин, газовых пузырей, однако в стыках кристаллов имеет пониженную прочность.

В слитках, особенно легированных сталей, может встречаться транскристаллизация, когда дендриты кристаллов вырастают на всю длину радиуса. Транскристаллизация зависит от химсостава сплава, перегрева, сечения слитка, температуры стенок изложниц. Усадочная раковина образуется за счет разности удельных весов жидкого и твердого металла, высокой температуры, наличия газов и неметаллических включений.

В процессе обработки металла давлением зерно измельчается, изменяется его форма, сечение, длина, материал уплотняется. Механические свойства повышаются.

В ряде случаев металл может иметь разные решетки, при разных температурах. Этот процесс называется полиморфизмом (аллотропией). Для металлургов важна главным образом температурная аллотропия в твердом состоянии. Аллотропические превращения сопровождаются поглощением (выделением) тепла и происходят при постоянной температуре или в интервале температур.

Твердые растворы - это фазы, в которых один из компонентов сохраняет свою кристаллическую решетку, а атомы другого (других) располагаются в решетке первого компонента.

Имеются растворы замещения и внедрения. В растворах замещения атом (ион) растворителя замещается растворяющим атомом. Внедряться в растворитель могут элементы, имеющие малый радиус атома (C, N, B, H и др.). Атомы элемента внедряющегося в растворитель нередко скапливаются у дислокаций, искажений решетки.

В растворах могут образовываться так же химические соединения, которые имеют свои решетки и определенные физико-химические свойства. Формула химсоединения в общем виде выглядит АnBm. В диаграмме Fe-C имеется химсоединение Fe3С, в диаграмме Al-Cu химсоединение CuAl2 и т.д Образование химсоединений сопровождается тепловым эффектом.

В процессе кристаллизации литых заготовок, слитков происходит процесс ликвации элементов. Ликвация - это процесс изменения химического состава металла по сечению литой заготовки. Вначале кристаллизации выпадают кристаллы металла более чистые, более тугоплавкие. Оставшийся раствор обогащается элементами, растворенными в основном металле. Особенно сильно ликвируют следующие элементы С, P, S, H, N,O и др. Наблюдается ликвация дендритная (в зернах металла), по всему сечению литой заготовки, ликвация по плотности компонентов. Чтобы уменьшить или разсосредоточить ликвацию необходимо уменьшить сечение литой заготовки, не перегревать сплав, быстро его охлаждать, производить диффузионный отжиг, многократно перековывать металл.

 

Тэги: , , , ,