2.3. Распределение примесей при дендритной, зональной и других видах ликвации

Дендритная ликвация чаще всего проявляется в сложнолегированных железоуглеродистых сплавах, имеющих в составе элементы Fe, C, Si, Mn, Mo, Cr, Ni, S, P и др., одним из важнейших из них является углерод. В процессе кристаллизации в сплавах образуется дендритная структура, рис.2.4, а

Рис. 2.4. Схемы дендрита (а): проявление дендритной ликвации при К<1 (б); зависимости ликвации от коэффициента распределения К. (в) Обозначения расплавов: Жо - основного состава; Жл – с ликватами

Особенностью дендритной кристаллизации является последовательное и с разной скоростью нарастание твёрдого металла из расплава в осях 1-ого, 2-ого и 3-ого порядков. Поэтому химический состав будет разным в осях, в межосевых промежутках, по границам кристаллов, например, для углерода закономерным будет распределение, характеризуемое коэффициентами , рис. 2.4, б. Зависимость проявления ликвации по другим элементам при дендритной кристаллизации от коэффициента распределения К приведена на рис.2.4,в. Степень ликвации зависит от склонности элемента к расширению интервала кристаллизации (например, сера), от способности к образованию соединений типа MnS или FeS, от способности к хорошему растворению в металлооснове, например, кремний, марганец и др. Причем, чем меньше величина К, тем сильнее выражена ликвация; различие по содержанию легирующих в составе составляет 3-3,5 раза.

Основной причиной образования зональной ликвации V-типа являются усадочные перемещения, протекающие на границе затвердевшего слоя и жидкотвердого металла в условиях, когда уровень жидкоподвижного сплава непрерывно опускается. Так как по мере уменьшения доли жидкой фазы скорость усадочного перемещения возрастает, то поток перемещающегося металла увлекает за собой ликваты, формируя при этом вытянутую линию распределения ликватов V-образного типа. Таким образом, траектория является результатом протекания двух процессов – перемещения границ затвердевания металла к центру отливки и усадочного перемещения расплава с ликватами. Зональная ликвация V-типа сильнее проявляется в нижней части отливок, поэтому угол раскрытия ветвей здесь будет больше.

Внеосевая ликвация (или ликвация λ-типа) является следствием «всплытия» ликватов из межкристаллических полостей и перемещения фронта кристаллизации к центру отливки. В результате образуется траектория в виде буквы λ. Такой тип ликвации проявляется обычно в массивных отливках, затвердевающих медленно, к тому же сплавы, как правило, имеют широкий интервал кристаллизации.

Основной причиной образования ликвационного пятна под усадочной раковиной является всплывание ликвата из нижней и средней частей отливки и «погружение» ликватов из верхних слоёв металла при усадочном перемещении.

Схемы образования ликвационных траекторий рассмотренных типов показаны на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схемы образования ликватов типа: V (a); Λ (б); ликвационного пятна (в). Обозначены: υ- скорость движения фронта кристаллизации; – скорость усадочного перемещения металла; – скорость всплывания ликватов

Обратная ликвация проявляется в повышении содержания примесей на поверхности или в приповерхностных слоях отливок. Это характерно для сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур с образованием сильно выраженной пористости; проявляется в чугунах свинцовистых, бронзовых и др.

Ликвация по удельному весу образуется в сплавах цветных металлов, которые содержат компоненты, сильно различающиеся по плотности, например, в сплавах Pb-Cu.

Слоистая ликвация заключается в слоевом распределении компонентов, например, в сплавах Pb-Po. Причиной образования такого типа ликвации является изменение условий кристаллизации сплава.