4.3. Гетерогенная кристаллизация

Всё, что рассмотрели ранее, относится к идеальным условиям. В реальных же условиях в расплавах имеются готовые центры кристаллизации.

Гетерогенной кристаллизацией называют несамопроизвольную кристаллизацию, которая обычно и происходит в реальных условиях.

В качестве готовых центров кристаллизации могут выступать тугоплавкие частицы неметаллических включений – оксиды, нитриды, т. е. атомы металла присоединяются к уже готовой поверхности. Стенки формы (изложницы) также могут играть роль зародышей кристаллизации. Наличие готовых центров кристаллизации приводит к измельчению структуры, особенно в случае размерного структурного соответствия кристаллов примеси и основного металла.

Измельчение зерна может происходить и за счёт снижения коэффициента поверхностного натяжения , так как это приводит к уменьшению r_кр . Так влияют поверхностно активные добавки.

Измельчение структуры улучшает механические свойства, поэтому на практике часто применяют такую технологическую операцию, как модифицирование. В расплав перед разливкой вводят специальные добавки - модификаторы. Это либо поверхностно активные вещества (Na в силуминах, В в сталях), либо элементы, образующие тугоплавкие мельчайшие частицы (Ti, Zr в алюминии, Al, Ti в сталях). Их количество невелико от 0,001 до 0,1 %.

Перед разливкой необходимо выдерживать температурный режим:

• перегрев приводит к дезактивации модификаторов и как следствие к росту зерна и ухудшению механических свойств;

• подстуживание способствует измельчению зерна.

4.4. Строение металлического слитка

При кристаллизации большое значение имеют степень переохлаждения и направление теплоотвода. Кристаллизация начинается от стенок формы (изложницы). В направлении отвода тепла кристалл растет быстрее.

М

Рисунок 4.3 – Схема строения слитка

аксимальная скорость роста кристалла обычно происходит по наиболее плотноупакованным направлениям. Вначале растут стержни - оси 1-го порядка, затем перпендикулярно им растут оси 2-го порядка, перпендикулярно им растут оси 3-го порядка и т.д., в последнюю очередь кристаллизуются межосные участки. Рост кристаллов происходит до соприкосновения. Такой древовидный кристалл называют дендритом, а во время этой кристаллизации часто образуется дендритная ликвация: оси дендритов, которые кристаллизуются при более высоких температурах, имеют в своем составе меньше легкоплавких примесей, а межосные участки и границы зерен – больше.

Схема строения слитка приведена на рис. 4.3. В слитке обычно обнаруживается три зоны - наружная корковая с мелкими разориентированными зернами (І), промежуточная зона транскристаллизации со столбчатыми кристаллами (ІІ) и внутренняя зона с разориентированными равноосными крупными зернами (ІІІ). Корковая зона характеризуется наибольшим переохлаждением и модифицирующим влиянием относительно холодных стенок формы.

Зона столбчатых кристаллов появляется вследствие направленного теплоотвода от центра слитка к стенкам. В центральной зоне переохлаждение минимально, поэтому число кристаллов невелико, а их размеры большие.