ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование пор и трещин в слитке из "Модифицированный стальной слиток " Замечено, что при выплавке стали из непрокаленных шихтовых материалов глубина пористости в полых слитках достигает 2—3 мм. Увеличение глубины пористости на декантированной поверхности наблюдается в тех случаях, когда в расплав попадают пары воды при подмазке тигля индукционной печи глиной и применении влажных флюсов для шлаковой смеси. [c.100] Возникновение микроскопических пор, кроме того, связано с образованием скоплений вакансий при кристаллизации стали. Источником зародыша поры критического размера (Б. Я-Любов, А. П. Семенов [88, с. 233— 240]) в растущем кристалле служат вакансии и пересы-щенность растворенными атомами газа. Примесные атомы, дислокации, области напряжений сдвига и другие дефекты могут ускорять или замедлять в зависимости от скорости направленного роста кристалла перенос вакансий и избыточных газовых атомов к поре. Скорость диффузии вакансий к поре вдоль дислокаций и границ зерен увеличивается. При незначительных пересыщениях атомы газа диффундируют через раствор из маленьких пор в большие. Возникновение напряжения вследствие градиента температур способствует перемещению пор малых размеров и их коагуляции. Скорость передвижения поры обратно пропорциональна ее радиусу. При некоторой оптимальной для данного вещества скорости передвижения форма пор изменяется из сферической в эллипсоидальную. [c.101] В работе [89] исследовали коалесценцию пор в кристалле LiF. Во время отжига прессованных образцов из мелкодисперсного порошка под всесторонним давлением наблюдаются две стадии процесса образования пор коагуляция избыточных вакансий в мелкие поры и их коалесценция. Сток вакансий осуществляется по дислокациям. [c.101] Для исследования склонности стали к образованию поверхностных трещин в слитке применен метод вакуум-кристаллизации, при котором предотвращается образование на стенке изложницы очаговых всплесков и корольков, наблюдающихся при разливке стали обычным способом. Полированная внутренняя поверхность ваку-умированной изложницы, как уже упоминалось, способствует образованию гранености в полом слитке, в тонкостенных участках которого могут возникать трещины, если исследуемые стали имеют низкие механические свойства при температурах, близких к солидусу. В табл. 6 приведены механические свойства некоторых сталей при комнатных и высоких температурах . [c.102] Примечание. Числитель — литая сталь знаменатель — кованая. [c.102] Для исследования сталей, менее склонных к образованию трещин, создавали затрудненную усадку путем применения медного кольца, которое закреплялось в полости цилиндрической изложницы на расстоянии 200—250 мм от нижнего конца, погружаемого в расплав. В зависимости от механических свойств исследуемых сталей при температурах, близких к солидусу, использовали кольца различной толщины. Чем выше механические свойства стали, тем толще должно быть кольцо для создания затрудненной усадки, вызывающей возникновение трещины в полом слитке. Так, при кристаллизации СтЗ, обладающей более высокими значениями механических свойств, чем сталь Х27, использовали медное кольцо высотой 50 и толщиной стенки 10 мм. [c.103] В работе [90] показано, что протяженность продольных трещин зависит от соотношения содержания углерода и серы в стальном непрерывном слитке. При повышении содержания серы от 0,021—0,031 до 0,041— 0,048% при концентрации углерода 0,14—0,16% протяженность трещин возросла в четыре раза. Увеличение содержания углерода до 0,20—0,22% при концентрации серы 0,021—0,30% привело к повышению протяженности трещин в восемь раз. Слои, примыкающие к трещине, обогащены соединениями фосфора и серы. [c.104] Кульман — Вильсдорф рассматривает различные конфигурации дислокаций и их взаимодействие, вследствие которого могут возникнуть в металле макротрещины. В частности, при взаимодействии двух пересекающихся плоских скоплений дислокаций, каждое из которых служит препятствием для другого, могут образоваться неподвижные дислокации, которые, объединяясь, усиливают поле упругих напряжений и вызывают образование трещин. Стимулом усиления напряжений является локальное увеличение объема при скоплении дислокаций в местах их пересечения. В работе В. А. Соловьева [88, с. 227—232] обсуждается роль дислокаций в образовании трещин и указывается, что зародышевые трещины возникают при скоплении плоских дислокаций. [c.105] Браун [93] перечисляет возможные варианты зарождения трещин незавершенный сдвиг, раскалывание скоплений дислокаций, сдвиг в искривленной решетке, пересечение плоскостей скольжения между скоплениями дислокаций противоположного знака. Образование трещины приводит к местному перераспределению напряжений, что может вызвать движение граничащих дислокаций, которые до этого были неподвижны. [c.105] По мнению авторов работы [4], причиной возникновения трещин являются дислокационные скопления критической плотности к моменту исчерпания пластичности металла. Их зародышами служат образующиеся около неметаллических включений замкнутые полости — каверны — на поверхности раздела металл — включение. [c.105] Таким образом, анализируя механизм формирования структурных зон в слитке и причины появления наиболее распространенных дефектов, можно наметить пути получения качественного слитка. Чем больше загрязнен металл, тем в большей степени свойства его зависят от величины зерна. Наилучшие свойства обеспечивает слиток с однородной плотной мелкозернистой структурой и равномерным распределением примесей и дислокаций по объему. В этом плане идеальной была бы равноосная мелкозернистая структура, при которой однородность рассредоточения примесей максимальна, а вероятность возникновения напряжений, связанных с различной ориентацией и зачастую превышающих силы сцепления [85], минимальна. Но практически получить слиток с подобной структурой удается в очень редких случаях. Легче регулировать соотношение структурных зон и величину зерна в каждой из них. Наружная зона замороженных кристаллов (если она образуется) из-за наличия поверхностных дефектов часто удаляется либо механическим путем, либо окислением в нагревательных колодцах. Центральная равноосная зона во многих случаях разнозерниста, загрязнена примесями и поражена пористостью. Для ее улучшения пытаются использовать различные методы воздействия на процесс кристаллизации слитка. Столбчатая зона более однородна, если границы кристаллов не обогащены хрупкими фазами. При направленной кристаллизации непрерывного плоского слитка можно получить однородную плотную столбчатую структуру. Желательно иметь тонкие кристаллы, приближающиеся к нитевидным (Е. И. Гиваргазов, Ю. Г. Костюк [84, с. 242—249]), с малой плотностью дислокаций, и чтобы границы их не были обогащены хрупкой составляющей. Чем тоньше столбчатые кристаллы, тем более равномерно распределены примеси в слитке. При помощи модификаторов можно получать слитки, состоящие из тонких столбчатых кристаллов, регулировать соотношение зон и величину зерна в них. Модифицирование, кроме того, оказывает влияние на дегазацию и повышение механических свойств, что приводит к уменьшению пористости и трещин в слитке. [c.106] Вернуться к основной статье