Нарисуйте строение литого кристаллического слитка. Опишите влияние реальной среды на форму кристаллов - Основы материаловедения

Впервые описание стального слитка дано в 1878 году Д. К. Черновым. Основные характерные черты в строении литого металла были отмечены тогда Черновым, хотя многочисленные последующие исследования вскрыли много новых деталей, все же основные принципы остались прежними.

схема строения слитка

Рисунок 1. Схема строения слитка: 1 - зона мелких кристаллов, 2 - зона столбчатых кристаллов, 3 - зона крупных равноосных кристаллов

Итак, структура литого слитка состоит из трех основных зон. Первая зона - наружная мелкозернистая корка, состоящая из дезориентированных мелких кристаллов - дендритов. При первом соприкосновении со стенками изложницы в тонком прилегающем слое жидкого металла возникает резкий градиент температур и явление переохлаждения, ведущее к образованию большого количества центров кристаллизации. В результате корка получает мелкозернистое строение.

Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов. После образования самой корки условия теплоотвода меняются (из-за повышения температуры стенки изложницы, уменьшения теплообмена, т. к. появилось еще две границы раздела твердое - жидкое и твердое - стенка изложницы и др. причины), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные к поверхности корки столбчатые кристаллы (в сторону отвода тепла).

Третья зона слитка - зона равноосных кристаллов. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. Поэтому температура выравнивается и кристаллы растут по различным направлениям, встречаясь друг с другом. В результате этого образуется равноосная структура.

Кристаллизация, приводящая к стыку зон столбчатых кристаллов, носит название транскристаллизации. Степень развития столбчатых кристаллов будет варьироваться главным образом в зависимости от химического состава металла, степени его перегрева, от размера слитка, скорости разливки, формы изложницы и толщины, а также температуры ее стенок. Это будет влиять на скорость теплоотвода и образование больших или меньших градиентов температур внутри объема стали.

Жидкий металл имеет больший объем, чем закристаллизовавшийся, поэтому залитый в форму металл в процессе кристаллизации сокращается в объеме, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами. Усадочные раковины могут быть либо сконцентрированы в одном месте, либо рассеяны по всему объему слитка или по его части. Поэтому, чтобы отлитое изделие не содержало в себе такого дефекта, как усадочная раковина, прибегают к такому технологическому приему, как изготовление теплой головы - увеличение объема формы, где бы и сконцентрировалась усадочная раковина. В то время как изделие будет без пор.

В реальных условиях кристаллизации степень переохлаждения может играть второстепенную роль, т. к. возникает множество других факторов, влияющих на данный процесс.

При кристаллизации из жидкого состояния для скорости течения процесса и для формы образующихся кристаллов первостепенное значение приобретают такие факторы, как скорость и направление отвода тепла, наличие нерастворившихся частиц, которые могут служить готовыми центрами кристаллизации, наличие конвекционных токов жидкости и т. д. например, в направлении отвода тепла кристалл растет быстрее, чем в другом направлении.

Если на боковой поверхности растущего кристалла (по каким-то причинам) возникает бугорок (изменился ток горячей жидкости, прилипла нерастворенная частица), то кристалл приобретает способность расти в боковом направлении. В результате образуется древовидный кристалл, так называемый дендрит, схематическая структура которого впервые была показана и описана Д. К. Черновым. В усадочной раковине 100-т стального слитка один из учеников Чернова нашел дендрит длиной 39 см. До сих пор во всех учебниках по металловедению или материаловедению данный дендрит показывают и называют как "кристалл Чернова".

Похожие статьи




Нарисуйте строение литого кристаллического слитка. Опишите влияние реальной среды на форму кристаллов - Основы материаловедения

Предыдущая | Следующая