ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Периодичность осевой кристаллизации слитликвация в слитках из "Металлография железа 3 " Согласно кривым Таммана в литых изделиях различают три зоны кристаллизации на поверхности находится мелкозернистая зона, затем следует область столбчатых кристаллов и в сердцевине — зона равноосных зерен (рис. 10). [c.9] Мелкозернистая зона составляет слой в несколько миллиметров, она состоит из металла, который очень быстро затвердел при соприкосновении с изложницей. Эта зона соответствует первой фазе затвердевания, когда быстрое охлаждение расплава дает многочисленные зародыши и, следовательно, очень мелкие зерна (ф. 504/2). Химический состав этой зоны обычно совпадает с составом расплава. [c.10] Никельхромистые стали типа 25-20 затвердевают в у-фазе и остаются аустенитными до комнатной температуры. Микрофотография 505/4 показывает сечение небольшого слитка, в котором столбчатая кристаллизация из-за малой массы слитка простирается до самой сердцевины. [c.10] Область равноосных зерен состоит из полигональных правильных зерен, размеры которых меняются в пределах от 1 до 10 мм. Этой области отвечает малая скорость охлаждения. [c.10] В поперечном сечении слитка, т. е. в горизонтальной плоскости, столбчатые кристаллы расположены перпендикулярно к сторонам слитка. Это иллюстрируется многочисленными примерами структуры обычных слитков (ф. 505/4 и 534), а также (ф. 512/2, 3) и заготовок (ф. 515/2), полученных непрерывной разливкой. В продольном сечении столбчатые кристаллы слегка наклонены в направлении головной части слитка (ф. 505/3 и 508). В ванне имеются значительные течения и столбчатые кристаллы ориентируются против течения [13]. [c.10] Некоторые авторы и среди них Норт-котт [14] пытались по наклону столбчатых кристаллов определить направление потока жидкого металла (рис. 14). Иногда сильное перемешивание ванны возникает в момент образования столбчатых кристаллов при децентровке струи в узкой изложнице примером служит заготовка, полученная непрерывной разливкой (ф. 515/4), когда поток жидкого металла сдвинут вправо, как на рис. 14. Возникшие при этом столбчатые кристаллы так же, как и кромка в правой части, несимметричны относительно оси изделия. [c.10] При исследовании столбчатых кристаллов ва.жно учитывать их истинное направление. [c.10] На микрофотографии 515/3 показано продольное сечение овальной заготовки, по лученной при непрерывной разливке в правой части микрофотографии видна хорошо развитая зона столбчатых кристаллов, слева такая зона отсутствует. Из макрофотографии 515/2 видно, что плоскость сечения только на одной стороне соответствует направлению столбчатых кристаллов. [c.10] Кроме того, в поперечном сечении слитка зона столбчатых кристаллов имеет зерна более многочисленные и более короткие (ф. 505/4, 524/5), чем в продольном (ф. 523/2), но лишь в продольное сечение зерна попадают целиком. [c.10] Вторым фактором является направленное охлаждение в некоторых слитках за зоной столбчатых кристаллов следует область равноосных зерен, граничащая с участком пониженного температурного градиента, в котором можно наблюдать вытянутые дендриты, однако с менее выраженной ориентировкой, чем у столбчатых кристаллов (ф. 541/1). [c.11] При непрерывной разливке, когда по крайней мере один размер изделия мал, зона столбчатых кристаллов может захватывать сердцевину отливки, как на микрофотографии 515/2, или может еще сохраняться зона довольно мелких равноосных зерен, например в слябах из малоуглеродистой спокойной стали (ф. 511—513). Ширина зоны столбчатых кристаллов зависит от скорости разливки, т. е. в обычных слитках от температуры разливки и сорта стали. Задержку развития зоны столбчатых кристаллов объясняют существованием в расплаве области, обогащенной легирующими элементами, эта область находится перед фронтом затвердевания. По этой причине температура ликвидуса сильно снижается и рост столбчатых кристаллов замедляется, равноосные кристаллы вблизи фронта затвердевания успевают вырасти и закрепиться в этой области. Так, зарождается зона равноосных кристаллов, которая обычно простирается до сердцевины слитка. [c.11] Верхняя зона расплава после образования слоя равноосных кристаллов толщиной в несколько сантиметров может сильно обедниться свободными кристаллами, спустившимися в донпую часть слитка. В этом случае затвердевание может развиваться благодаря теплопроводности твердой оболочки и привести к образованию нового слоя столбчатых кристаллов. Как правило, их ориентировка менее выражена, чем у первых, так как температурный градиент уменьшился и его направленность ослабла. [c.11] Таким образом, возникает определенная периодичность структуры в радиальном направлении слитка. Слиток на микрофотографии 536/1 имеет двойное кольцо из столбчатых кристаллов первый хорошо упорядоченный слой в головной части слитка простирается на толщину от 4 до 30 см от стенки изложницы, а на половине высоты слитка на толщину от 5 до 45 мм второй слой, столбчатый характер которого выражен менее четко, проходит на глубине от 70 до 140 мм в головной части и от 90 до 130 мм на половине высоты слитка. Кольца отделены друг от друга слоем очень мелких равноосных зерен. [c.11] Затвердевшие равноосные зерна, хорошо выявляющиеся в сталях, не испытывающих превращения (ф. 505/2), имеют полигональную форму, которая является результатом роста свободных равноосных дендритов до их взаимного соприкосновения. Дендритная форма является переходной, она устойчива лищь в присутствии расплава и может наблюдаться либо при сливании расплава (ф. 516/1), либо при наличии ликвации (ф. 520/1). [c.12] Величина этих зерен, или дендритов может изменяться в широких пределах от 1 Л1Ж в донной части (ф. 536/1) до нескольких сантиметров в головной части слитка. Очевидно, что величина зерна при данном объеме расплава зависит от числа зародышей. [c.12] Если зародыши возникают внутри расплава и растут при отрицательном температурном градиенте, то получаются свободные дендриты, т. е. дендриты, не закрепленные на холодной стенке. [c.12] Механизм образования зародышей равноосных зерен неизвестен. Однако можно сказать, что зарождение происходит либо при завершении образования зоны столбчатых кристаллов, либо даже в момент заливки стали в изложницу. Первая гипотеза, принадлежащая Вайнгарду и Чалмерсу [17], основывается на существовании жидкого ликвированного слоя в контакте с поверхностью затвердевания. Профиль концентрации на поверхности затвердевания представлен диаграммой на рис. 20, а, согласно результатам Кона [18], температура ликвидуса на этой поверхности имеет минимум (рис. 20, б). [c.12] На определенной стадии развития зоны столбчатых кристаллов температурный градиент в расплаве ослабевает и возникает зона структурного переохлаждения, которая способствует зарождению новых зерен перед столбчатыми кристаллами, и тем самым тормозит развитие последних. [c.12] С помощью последней гипотезы можно объяснить ряд наблюдаемых явлений. [c.12] Высокая температура расплава приводит к образованию меньшего числа зародышей при разливке, так как при этом повышается вероятность обратного растворения зародышей в расплаве. Число равноосных зерен оказывается недостаточным для того, чтобы на ранней стадии кристаллизации остановить развитие зоны столбчатых кристаллов, в результате чего эта зона расширяется. [c.12] Вернуться к основной статье