ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механизм образования структурных зон слитка из "Модифицированный стальной слиток " Методом вакуум-кристаллизации исследовали момент образования зазора между слитком и изложницей, форму фронта кристаллизации, структуру декантированной поверхности слитка, переохлаждение в зоне замороженных кристаллов. Для определения момента образования зазора применяли специальный прибор. [c.75] Духин и В. Е. Неймарк измерили переохлаждение в начальный момент кристаллизации слитка из низкоуглеродистой стали (0,2% С) в цилиндрической вакуумной стальной изложнице диаметром 60 мм. Предварительно в стенку изложницы на высоте 120 мм от нижнего открытого конца вставляли термопару, обнаженный спай которой выдвигался на 1,5 мм внутрь изложницы. Термопару уплотняли порошком алунда с жидким стеклом. Э. д. с. термопары фиксировали шлейфовым осциллографом. В момент соприкосновения термопары с расплавом температура была несколько выше ликвидуса 1520°С). Затем температура быстро снизилась до 1170° С, после чего вследствие выделения теплоты кристаллизации при затвердевании периферийной зоны слитка температура повысилась, но при этом не достигла солидуса. Максимальное переохлаждение, зафиксированное с помощью осциллографа, в начальный момент кристаллизации корки слитка стали достигало 320° С. Подсчитанная по кривой охлаждения скорость охлаждения составляла около 1000° С/с. В некоторых опытах отмечено значительно меныиее переохлаждение (50—100°С). [c.76] Более низкие значения переохлаждения, очевидно, связаны с различным содержанием примесей в исходных шихтовых материалах. [c.77] С помощью метода вакуум-кристаллизации впервые измерили переохлаждение стали в зоне замороженных кристаллов. Максимальное переохлаждение стали, обнаруженное этим методом, совпадает со значениями, измеренными другими способами — в меньших объемах и при меньших скоростях охлаждения. [c.77] Возникновение зоны замороженных кристаллов связывают со степенью переохлаждения расплава при его соприкосновении со стенкой изложницы. Зарождение ц. к. в периферийной зоне слитка может происходить спонтанйо и на активированных и изоморфных нерастворимых примесях. При спонтанном зарождении переохлаждение слоя жидкости, прилегающего к стенке изложницы, зависит от работы образования зародышей в расплавленной стали. Чем выше работа образования зародышей, тем больше переохлаждение, при котором спонтанно возникают зародыши критического размера. [c.77] При засасывании Bi, Zn и А1 в медные трубки диаметром 2 мм образуюш ийся слиток состоит всего из одного— трех вытянутых кристаллов. Отсутствие зоны замороженных кристаллов в этих условиях связано с огромной скоростью роста образующихся зародышей. [c.79] В узкой зоне замороженных кристаллов полых слитков стали Х18Н28МЗД4Т обнаружены очень крупные плоские зерна нитридов Ti размером до 5 см , толщина которых не превышает 0,1 мм. Возможно, при засасывании расплава возникшие зародыши нитридов, обладающих значительно более высокой температурой кристаллизации, чем исследуемая сталь, очень быстро разрастаются по внутренней поверхности изложницы и служат затравкой для зарождения большого числа тонких столбчатых кристаллов. [c.79] В работе [16] отмечается, что скорость роста кристаллов олова вдоль поверхности слитка в пять раз больше, чем в объеме кристаллизующегося расплава. В связи с этими представлениями рационально модифицировать сталь такими элементами, соединения которых характеризуются малой скоростью роста зародышей, особенно в зоне замороженных кристаллов. Известно, что в слитках высоколегированной стали, содержащей Ti, приходится удалять довольно значительной толщины поверхностный слой, обогащенный крупными включениями соединений титана. [c.79] В зависимости от состава, чистоты расплава и скорости теплоотвода рост столбчатых кристаллов происходит по механизмам, описанным выше для моно- и поликристаллов. Предпочтительно следует выделить дислокационный механизм. По Франку, на границе раздела фаз на поверхности граней возникают вакансионные диски, а при их захлопывании образуются петли винтовых дислокаций, вершины которых неустойчивы. Вследствие упругого взаимодействия между дислокациями они переползают, стремясь образовать параллельные ряды. В процессе образования рядов дислокаций, как считает Тиллер, свободная энергия понижается, что и способствует росту столбчатых кристаллов. [c.80] Образование зоны столбчатых кристаллов связано с резким уменьшением переохлаждения вблизи фронта кристаллизации за счет выделения скрытой теплоты кристаллизации и возникновения газового зазора между кристаллизующимся слитком и изложницей. [c.80] Образование зазора наблюдали визуально при кристаллизации цинковых и стальных тонкостенных полых слитков. После засасывания расплава в цилиндрическую изложницу длиной 800 мм, которое продолжается около 1 с, незакристаллйзоваашийея металл сразу же опускался обратно в тигель, а образовавшийся в течение 2 с полый слиток, имеющий температуру, близкую к температуре плавления, благодаря образованию зазора легко выпадал из изложницы, несмотря на то, что ни канал изложницы, ни наружная новерхность полого слитка не имели строго цилиндрической конфигурации. Подобные опыты показывают, что зазор образуется очень быстро, в течение доли секунд, печти одновременно с кристаллизацией зоны замороженных кристаллов. [c.81] В стальном слитке столбчатые кристаллы растут в виде дендритов. Г. П. Иванцов вычислил скорость роста параболоидального дендрита как произведение скорости продвижения вершины дендрита на радиус кривизны вершины. Д. Е. Темкин, используя данные Г. П. Иванцова, учел дополнительно кинетические явления на поверхности раздела фаз и установил скорость роста параболоида вращения дендрита в зависимости от переохлаждения вблизи фронта кристаллизации. Этот вопрос детально рассматривается в работе [77]. [c.82] Переохлаждение вблизи фронта кристаллизации столбчатых дендритов зависит от скорости теплоотвода. В процессе роста столбчатых кристаллов происходит разделительная диффузия у фронта кристаллизации и захват или выталкивание примесей гранями растущего кристалла. В связи с непрерывным обогащением расплава, заполняющего междендритные участки легкоплавкими компонентами, диффузионное переохлаждение перед фронтом кристаллизации боковых ветвей (а тем более ветвей высшего порядка) возрастает, и скорость роста ветвей оказывается больше скорости роста основного ствола дендрита. Кристаллизующиеся в последнюю очередь места стыков соседних столбчатых дендритов наиболее обогащены растворимыми примесями. Выталкиваемые растущей главной осью примеси скапливаются у вершины дендрита, замедляя его рост и приводя в какой-то момент к полному прекращению роста. [c.82] Скорость роста ден-дритов, их форма и размеры зависят от степени переохлаждения расплава вблизи фронта кристаллизации. Поэтому в разных сталях при одинаковых условиях кристаллизации и в одной и той же стали, но при разных условиях охлаждения, образуются различной формы дендриты, иногда даже весьма трудно выявляемые (например, в стали Х27). [c.83] Вернуться к основной статье