ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кристаллизация первичного графита из "Строение чугуна " Появление графита обедняет жидкую фазу углеродом. Прежде всего это происходит у поверхности кристалла графита, где состав жидкости приближается к равновесному Ха. Вдали жидкость вначале сохраняет исходный состав X. Создающаяся неоднородность приводит к появлению в жидкости градиентов химического потенциала углерода, и он диффундирует к растущему кристаллу. В жидкости поддерживается состояние пересыщения углеродом, и выделение грэфитв продолжается. Этому способству ют также конвективные токи. Постепенно, однако, вся жидкость приобретает состав. а. Кристаллизация графита при этом прекращается, и в сплаве устанавливается стабильное равновесие жидкости состава Х а и графита. [c.26] Описанную изотермическую кристаллизацию при можно рассматривать как звено процесса выделения первичного графита при ступенчатом и непрерывном охлаждении чугуна в интервале Тх — Гэ. По мере выделения графита жидкость обедняется углеродом, и состояние ее описывается точками на линии О С. При охлаждении до эвтектической температуры жидкость приобретает состав Хс. [c.26] Однако и при рассмотрении условий кристаллизации, обеспечивающих образование серого чугуна, учет низкой диффузионной подвижности матричных атомов представляется необходимым, так как она влияет на форму графитных кристаллов, растущих в жидком растворе. [c.27] Вопрос о причинах, от которых зависит изменение формы графита, — один из узловых для металлографии чугуна. Он сложен, так как форма включения определяется не только природой самого графита, но и процессами, происходящими в окружающих металлических фазах. В связи с отмеченной выше спецификой выделения графита влияние окружающей среды является более сильным, чем при других фазовых переходах. Оно в значительной мере определяет появление морфологических разновидностей графитных включений. [c.27] Включения первичного графита представляют особый интерес, так как их рост осуществляется без помех со стороны других кристаллических фаз. Обычно в таких условиях кристаллохимическая природа растущей фазы проявляется более полно как на отдельных этапах роста кристалла, так и в его конечном виде. Однако по отнощению к кристаллизации графита из Ре — С или Ре — С — 51 расплава понятие свободного роста является более ус-товным, чем в других случаях однофазной кристаллизации, поскольку в состав растущей фазы не входит основ-гой компонент расплава — железо. [c.27] МИ включений —пластиной (розеткой), рис. 9,а, г, и сфе-рокристаллом, рис. 9,б,е — располагается большая гамма переходных форм. Анализ таких форм (рис. 9,6, д) показывает, что они сочетают в себе элементы роста, ха-терные для розетки и для сферокристалла. [c.29] Прежде чем приступить к выяснению причин многообразия графитных включений, следует указать, что подобный приведенному на рис. 9, а — в набор морфологических типов поликристаллов не является спецификой графита. Аналогичный переход от пластинчато-развет-вленных образований к сферокристаллам наблюдается при кристаллизации многих веществ (полимеров, слюд и др.), характеризующихся подобно графиту сильно выраженной анизотропией межатомной связи и кристаллического строения — рис. 9, 3 — к. [c.30] Основным структурным элементом такого включения является графитная пластина. Ее вид и выявляемое при ионной бомбардировке слоистое строение естественно связывать с гетеродесмичностью межатомных сил в графите. Значительная разница поверхностных энергий базисной и призменной граней кристалла графита должна приводить к анизотропии скорости роста граней. С позиций классической теории роста кристаллов преобладание продольного разрастания пластины (вдоль плоскости базиса) представляется закономерным, так как критическая величина двухмерного зародыша на базисной грани велика. Наличие же сильных ненасыщенных связей на призменных гранях позволяет предположить, что здесь критическая величина зародыша мала и даже возможен беззародышевый нормальный рост — путем последовательного присоединения атомов. До последнего времени обычно и принималось, что графитная пластина формируется путем послойного няпяста.ния гексагональных сеток, берущих начало от редко возникающих двухмерных зародышей. [c.31] Однако оценка степени пересыщения жидкого раствора углеродом при температурах, когда наблюдается выделение графита, показывает [16], что вероятность образования двухмерных зародышей на базисной грани мала. Определенный. вклад в формирование зародышей может вносить оседание на базисной плоскости углеродных комплексов, имеющихся в расплаве [17]. Основную же роль в утолщении пластины играет, по-видимому, дислокационный механизм роста графита. [c.31] Применение графита в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах, в виде особо термостойкогс материала — в ракетной технике — явилось причиной детальных исследований его кристаллического строения. В настоящее время дислокационная структура графита изучена очень подробно. Этому способствовало и то обстоятельство, что графит представляет собой удобный объект для трансмиссионной электронной микроскопии. Он обладает низким коэффициентом поглощения элект ронов и легко препарируется в виде тонких образцов — чешуек. [c.31] В месте образования клеш,евидного дефекта гексагональная сетка может изгибаться при взаимодействии с инородными атомами —например, атомами железа (рис. 1б,ж). Этот процесс требует малых энергетических затрат, поскольку растущий слой слабо связан с нижележащим подкладочным слоем. Изменение же расстояний С—С в месте изгиба облегчается тем, что для атомов, рас-положенБЫХ у дефекта, электроны оказываются неспаренными, способными перемещаться в решетке лишь с изменением пространственных соотношений между атомами [19 . [c.36] Изгиб части растущего слоя при продолжающемся продвижении кромки приводит к возникновению сгмо-воспроизводящейся ступеньки (рис. 15,з,и). Если процесс образования клещевидного дефекта и изгиба кромки повторяется, то на базисной грани возникает складка, соединяющая две дислокации противоположных знаков. На ней начинается формирование гексагональной пирамиды так, как показано на рис. 16, а—д. [c.36] Таким образом, анизотропия кристаллического строения графита в сочетании с условиями его роста в жидком растворе углерода в железе должна приводить к образованию сферокристаллов. Однако при затвердевании обычных серых чугунов сферолитная кристаллизация графита, как правило, не наблюдается. В соответствии с изложенным выше это следует связывать с торможением процесса расщепления, что может быть вызвано увеличением сил связей между базисными плоскостями. [c.37] Пониженная склонность графита к расщеплению обусловлена, по-видимому, влиянием поверхностно активных элементов шестой группы Периодической системы — прежде всего кислорода и серы, всегда имеющихся в обычных чугунах. [c.38] Механизм влияния этих примесей на кристаллизацию чугуна мало изучен. Для создания рабочей гипотезы полезно рассмотреть некоторые данные о структуре химических соединений на базе графита [19, 26]. [c.38] Сейчас еще трудно определить, в какой мере образование С—О, С—5, С—ОН и других связей реализуется при росте графита в жидком чугуне. Но такой возможностью нельзя и пренебрегать — даже если содержание указанных примесей в чугуне невелико. Начальный процесс образования графитного шарика имеет большое значение для дальнейшего роста графита в виде сферокристалла. Даже малого содержания кислорода может оказаться достаточно для адсорбционного насыщения графитных зародышей и предупреждения образования двулистников или других начальных форм сферокристалла. Не менее важную роль кислород и сера могут играть в процессе последующего роста графитных включений. Будучи поверхностно активными примесями чугуна, они адсорбируются на ступеньках спиралей, замедляют поперечный рост графита и, тем самым, препятствуют формированию сферокристаллов. [c.39] Вернуться к основной статье