23 Ликвация в слитках. Особенности проявления. Меры устранения.

Состав поверхности кристалла в каждый момент роста — равновесный но отношению к окружающей жидкости. Он изменяется при понижении температуры в соответствии с диаграммой состояния, и по окончании роста состав кристалла становится переменным, если выравнивающая диффузия в твердой фазе происходит недостаточно полно. Вследствие этого средний состав твердой фазы будет беднее легирующими элементами, понижающими температуру плавления, чем это следует из диаграммы состояния, а состав жидкой фазы богаче ими. При отсутствии диффузии в твердой фазе состав жидкости в конце концов достигает эвтектической концентрации, и при любом содержании легирующих элементов затвердевание оканчивается кристаллизацией эвтектики. По экспериментальным данным, при кристаллизации слитков и отливок диффузией в твердой фазе можно пренебречь. Дендритную ликвацию можно непосредственно измерять с помощью локального рентгеноспектралыюго анализа Зональная ликвация. Однородный расплав разделяется на твердую и жидкую фазы различного состава в результате кристаллизационной диффузии в мнкрообъемах. Это создает возможность возникновения неоднородностн в макрообъемах. Процесс перемещения определенной части жидкой или твердой фазы на значительные расстоянии, а также возникшую в результате этого процесса макронеоднородность состава отливки называют зональной ликвацией. В слитках и отливках из алюминиевых сплавов обычно наблюдается обратная ликвация и только в случае сильного газовыделения или интенсивного перемешивания расплава в медленно кристаллизующемся слитке обнаруживается прямая ликвация. Степень обратной ликвации повышается с увеличением размеров отливок и интервала кристаллизации сплава. Зная направление перемещения фронта кристаллизации и величину переход ной зоны в отливке, можно оценить топографию и степень неоднородности состава. Ниже кратко изложены закономерности ликвации алюминиевых сплавов при непрерывном литье: 1. Снижение содержания меди, магния, цинка и кремния в центре слитка может составить 10—15% от среднего их содержания. Степень ликвации находится в прямой зависимости от скорости литья и сечения слитка (рис. 38). Чтобы относительное снижение содержания ликвирующих компонентов в центре круглого слитка не превышало 5%,

24. Особенности затвердевания больших масс металла.

Задача теории кристаллизации слитков и отливок заключается и установлении закономерностей формирования их структуры в зависимости от состава сплава и внешних условии охлаждения. В отличие от общей теории кристаллизации металлов и сплавов теория кристаллизации слитков и отливок не рассматривает термодинамических основ процесса, механизма зарождения и роста кристаллов, последовательности образования фаз в сплавах. Она изучает закономерности и прежде всего кинетику кристалличации больших масс металла и использует положения общей теории в тон мере, в какой это необходимо для правильного понимания процесса формирования структуры слитков и отливок. Структурой слитков и отливок управляют тепловые условия охлаждения благодаря их влиянию на кинетику кристаллизации. Условия кристаллизации мсталлоп и слитках и отливках существенно отличаются от тех условий, в которых затвердевают небольшие объемы веществ при изучении роста кристаллов. При затвердевании небольших количеств вещества перепад температур в объеме мал. а условия зарождения и роста кристаллов одинаковы во всех точках образца. Поэтому кристаллизация начинается после переохлаждения всего объема расплава, и скрытая теплота кристаллизации отводится через жидкую фазу. Рост кристаллов при этом целиком определяется величиной переохлаждения. При затвердевании слитков и отливок, представляющих собой большие объемы вещества, неодновременность охлаждения оказывает определяющее влияние на весь процесс формирования кристаллической структуры. Постепенное распространение процесса кристаллизации от поверхности к центру отливки приводит в большинстве случаев (практически во всех промышленноых вариантах литья алюминиевых сплавов) к образованию непрерывной поверхности раздела между твердой и жидкой фазами —фронта к р и с т а л л и з а ц и и. После заливки металла в форму переохлаждение, достаточное для зарождения кристаллов, наступает сначала в соприкасающихся с ней наружных слоях расплава. Здесь образуются равноосные, обычно мелкие кристаллы. Затем зона переохлаждения перемещается внутрь отливки со скоростью, соответствующей интенсивности теплоотвода. Если при этом не зарождаются новые зерна, то образовавшиеся ранее кристаллы растут непрерывно в условиях положительного температурного градиента, причем теплота кристаллизации отводится через твердую фазу. Такой рост, управляемый скоростью перемещения переохлажденной зоны расплава, приводит к образованию особых — столбчатых форм кристаллизации. В чистых металлах область столбчатой структуры может занимать весь объем отливки, а столбчатые кристаллы расти непрерывно до оси слитка. Однако часто столбчатая зона состоит из более коротких кристаллов, расположенных последовательно один за другим. Особенностью столбчатых зерен служит их строгая кристаллографическая ориентация относительно направления теплоотвода. Характер этой преимущественной ориентировки (текстуры) может быть различным и иногда заметно сказывается на свойствах слитка. На последующих стадиях процесс переохлаждения может охватить весь оставшийся объем или значительную его часть, благодаря чему в центре отливки образуется зона равноосных зерен. Переход от столбчатой кристаллизации к равноосной не всегда соответствует распространению процесса кристаллизации на весь объем жидкого металла. Обычно и при равноосной кристаллизации наблюдается последовательное продвижение границы затвердевающего металла в слитке, что можно объяснить ростом равноосных зерен в сравнительно узкой зоне. Таким образом, структура слитков и отливок обычно состоит из трех зон. Размер зерен в каждой из структурных областей и их относительная протяженность в сильной степени зависят от состава сплава, присутствия в расплаве активированных примесей, служащих центрами кристаллизации, и условий кристаллизации (интенсивности теплоотвода, применения физических методов воздействия на кристаллизующийся металл), а также размеров отливки. Слитки и отливки, полученные в производственных условиях, могут иметь одну, две или все три структурные зоны. Кристаллическое строение — важная, но не единственная характеристика структуры слитков и отливок. К характеристикам литого металла, которые являются предметом изучения, относятся: размер, форма и преимущественная ориентировка зерен основной фазы; форма и распределение первичных и вторичных выделений избыточных фаз; дендритная, местная и зональная ликвации составляющих сплава; характер и распределение дефектов структуры (поры, раковины). Все эти характеристики структуры в тон или иной степени сказываются на свойствах литых и деформированных изделий, а также на технологичности сплава при литье и обработке давлением.