ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Получение монокристаллов из "Материаловедение " Химическая неоднородность по отдельным зонам слитка называется зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойства. В реальных слитках помимо зональной встречаются и другие виды ликвации. Так, дендритная ликвация свойственна сплавам с широким интервалом кристаллизации. Она характеризуется неодинаковым химическим составом по сечению зерна (дендрита). Центр зерна обогащен более тугоплавким элементом, к периферии его количество уменьшается. [c.77] Гравитационная ликвация образуется в результате разницы в плотностях твердой и жидкой фаз, а также при кристаллизации несмешиваю-ш ихся жидких фаз. Это, например, свойственно антифрикционным сплавам олова с сурьмой и меди со свинцом. В зависимости от того, легче или тяжелее твердая фаза по сравнению с жидкой, она при кристаллизации соответственно всплывает на поверхность или опускается на дно отливки. Такое расслоение отливки (слитка) по плотности недопустимо для антифрикционных сплавов, поскольку коэффициент трения в работающей паре в большой степени зависит как от особенности, так и однородности структуры. [c.77] Для уменьшения гравитационной ликвации используют большие скорости охлаждения отливок (слитков). Применение космической технологии полностью устраняет этот вид дефекта, поскольку в условиях космоса гравитационные силы чрезвычайно малы. [c.77] Большое научное и практическое значение имеют монокристаллы. Монокристаллы отличаются минимальными структурными несовершенствами. Получение монокристаллов позволяет изучать свойства металлов, исключив влияние границ зерен. Применение в монокристалличе-ском состоянии германия и кремния высокой чистоты дает возможность использовать их полупроводниковые свойства и свести к минимуму неконтролируемые изменения электрических свойств. [c.77] Монокристаллы можно получить, если создать условия для роста кристалла только из одного центра кристаллизации. Существует несколько методов, в которых использован этот принцип. Важнейшими из них являются методы Бриджмена и Чохральского. [c.77] Метод Бриджмена (рис. 3.8, а) состоит в следующем металл, помещенный в тигель с коническим дном 3, нагревается в вертикальной трубчатой печи 1 до температуры на 50 — 100° С выше температуры его плавления. Затем тигель с расплавленным металлом 2 медленно удаляется из печи. Охлаждение наступает в первую очередь в вершине конуса. [c.77] Метод Чохральского (рис. 3.8, 5) состоит в вытягивании монокристалла из расплава, нагретого в печи 1. Для этого используется готовая затравка 2 — небольшой образец, вырезанный из монокристалла. Затравка вводится в поверхностный слой жидкого металла 4, имеющего температуру чуть выше температуры плавления. Плоскость затравки, соприкасающаяся с поверхностью расплава, должна иметь кристаллографическую ориентацию, которую желательно получить в растущем монокристалле 3. Затравку выдерживают в жидком металле для оплавления и установления равновесия в системе жидкость — кристалл. Затем затравку медленно, со скоростью, не превышающей скорости кристаллизации ( 1 — 2 мм/мин), удаляют из расплава. Тянущийся за затравкой жидкий металл в области более низких температур над поверхностью ванны кристаллизуется, наследуя структуру затравки. Для получения симметричной формы растущего монокристалла и равномерного распределения примесей в нем ванна 5 с расплавом вращается со скоростью до 100 об/мин, а навстречу ей с меньшей скоростью вращается монокристалл. [c.78] Диаметр растущего монокристалла зависит от скорости выращивания и температуры расплава. Увеличение скорости выращивания ведет к выделению большей теплоты кристаллизации, перегреву расплава и уменьшению диаметра монокристалла. [c.78] Примером промышленного использования монокристаллической структуры является производство лопаток для газотурбинного двигателя из жаропрочного никелевого сплава (рис. 1, цветная вклейка). [c.79] Лопатки, изготовленные по традиционной технологии, имели поли-кристаллическую структуру и содержали мелкие литейные поры. Под действием статических и переменных нагрузок, а также высоких температур, свойственных условиям эксплуатации лопаток, на границах зерен и пор возникали треш ины и другие дефекты, вызываюш ие преждевременное разрушение изделия. [c.79] Новая технология, созданная во Всероссийском институте авиационных материалов под руководством чл.-корр. РАН Е.Н. Каблова, обеспечивает получение монокристаллической практически беспористой структуры. Такая структура формируется благодаря направленной кристаллизации из одного центра, для чего используется монокристаллическая затравка с заданной кристаллографической ориентацией. [c.79] Литейная пористость уменьшается благодаря увеличению температурного градиента на фронте кристаллизации с 40°С/мм до 200°С/мм при постоянной скорости кристаллизации. В этом случае объемная доля микропор уменьшается приблизительно в 10 раз. [c.79] Монокристаллическая структура лопаток, уменьшение количества и размера пор обеспечивают существенное повышение прочностных характеристик. [c.79] Временное сопротивление, предел текучести при 20 °С и сточасовая длительная прочность при 1100°С увеличиваются приблизительно в 2 раза, достигая соответственно 1480, 654 и 110 МПа. Предел усталости при 900 °С, определенный на базе 2 10 циклов, повышается в 1,5 раза, достигая 360 МПа. [c.79] По сравнению с лопатками с поликристаллической структурой мо-нокристаллические лопатки (при одинаковом химическом составе) имеют повышенную жаропрочность и сопротивление усталости. [c.80] Вернуться к основной статье