ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Микроликвация из "Металлография железа 3 " Микроликвация — это ликвация в масштабе затвердевших зерен. Если предположить, что растворенные элементы имеют низкий коэффициент диффузии в стали, то изменение концентрации во время затвердевания схематически можно представить бинарной диаграммой (рис. 25). [c.14] При температуре начала затвердевания 0о зародыши имеют концентрацию х . При более низкой температуре 6 внешний слой кристаллов обогащается растворенными элементами и из-за слабой диффузии концентрация в сердцевине становится рав-пой вместо лгц. В момент исчезновения расплава кристаллы находятся во взаимном контакте, межкристаллические пространства 5/ содержат растворенный элемент в количестве xf, центры зерен имеют концентрацию х средняя концентрация х равна исходной концентрации расплава х. [c.14] Следует, однако, заметить, что сера, очень мало растворимая в стали, склонна к заметной ликвации, образованию отдельной фазы. При отсутствии углерода ликвация легирующих элементов обычно незначительна (ф. 565). [c.14] Ликвация влияет на рост зерен. В начальной стадии роста зародыш имеет характерную для него форму (кристаллический габитус), если речь идет о свободных кристаллах, которые затормаживаются в своем развитии лишь к концу затвердевания. [c.14] Форма кристаллов, образовавщихся в присутствии расплава, может быть очень простой например, в некоторых сплавах (ф. 516/4) или при наличии определенных тугоплавких включений в сталях кристалл обычно имеет форму выпуклого тела с плоскими гранями. В большинстве же металлов и сплавов во время затвердевания кристаллы принимают очень сложную форму, например дендритную. [c.15] Дендритная форма кристаллов была обнаружена eni,e Черновым [29] усадочных раковинах больших слитков ири удалении расплава можно наблюдать большие кристаллы, имеющие эту переходную дендритную форму (ф. 516/1—3). [c.15] Появление дендритных образований обусловлено, с одной стороны, наличием температурного градиента на поверхности затвердевания, а с другой стороны, — наличием жидкой пленки, обогащенной растворенными элементами, вытесненными кристаллами. Если тепло отводится через переохлажденную жидкость, даже когда степень переохлаждения очень мала, каждый случайный выступ, который появится на поверхности кристалла, оказывается в зоне пониженной температуры и таким образом приобретает склонность к росту. Это обычно происходит в осевой зоне слитка. Если же тепло отводится через твердый металл (положительный температурный градиент на поверхности затвердевания), каждый твердый выступ, который проникает в лежащую перед кристаллом область структурного переохлаждения, имеет тенденцию к росту с образованием дендритных осей [30]. [c.15] Во время роста на осях возникают боковые образования или дендритные разветвления. Регулярность в их расположении можно пояснить с помощью описанного механизма следующим образом тепло, отводимое путем роста боковых выступов (или множеством вытесненных элементов), препятствует образованию новых выступов на этих дендритных осях они могут возникнуть только на расстоянии, которое зависит от градиента концентрации перед поверхностью затвердевания. Чем выше скорость отвода тепла, тем меньше расстояние между дендритными гнездами и тем большую разветвленность имеет дендрит (величина дендрита зависит от расстояния, на котором находятся ближайшие соседние дендриты) и, наоборот, при малых градиентах температуры и концентрации рост дендритов затрудняется и разветвления менее развиты дендриты имеют более простое строение, толстые оси и почти округлую форму. [c.15] В оболочке слитка, состоящей из столбчатых кристаллов, нередко наряду с сильно разветвленными дендритами возникают более компактные. Первые можно наблюдать при травлении образца реактивом, содержащим медь, и с помощью авторадиографии (равноосные дендриты). Кристаллы второго типа меньше по размерам и менее разветвлены (ф. 543). Эта компактная форма может быть обусловлена нарушением роста свободно развивающихся дендритов из-за изменения температуры или концентрации жидкой среды. [c.15] Такие условия возникают при образовании зародышей в момент разливки и захвате их жидкой сталью. Спустя некоторое время, растущие кристаллы могут либо закрепиться на вертикальном фронте затвердевания, либо опуститься на дно и участвовать в периодической кристаллизации в осевой части слитка. [c.15] При выяснении других причин округлости формы следует принять во внимание межфазное натяжение [31 ], на которое влияет слой примесей. Межфазное натяжение несомненно играет решающую роль в образовании включений, которые формируются в жидком металле. Включения могут либо смачивать кристаллы железа (как в случае FeS), либо группироваться в шаровидные образования (FeO, силикаты, кремниевая кислота), либо образовывать полиэдры (MnS) или дендриты. [c.15] В поперечном сечении зоны столбчатых кристаллов дендритные оси в любом зерне пересекаются под прямым углом. Ориентация дендритов в этой же плоскости меняется от зерна к зерну. Они повернуты вокруг оси ЮО , перпендикулярной к плоскости фотографии часть зерен содержит несколько дендритов одинаковой ориентации. На этой фотографии можно видеть совпадение между затвердевшими зернами, которые заметны благодаря их дендритным осям, и у-зернами, очерченными белой каймой феррита следовательно, затвердевание этой стали протекало в у-области. Это совпадение, однако, не является полным микрофотографии 521/1—3 показывают, что концы дендритных осей могут быть пересечены границей затвердевшего зерна — здесь границей у-зерна. Твердые кристаллы, таким образом, претерпевают локальную перестройку границ зерен, направленную к достижению минимума поверхностной энергии (рис. 27). [c.15] Случай, при котором сталь во время или после затвердевания испытывает еще и фазовое превращение, будет описан ниже. [c.15] Дендритные оси, сравнительно чистые от растворенных элементов, нередко содержат окисные включения. Силикаты и алюмосиликаты находятся либо в дендритных осях, либо в непосредственной близости от них (ф. 521/3, 4), часто они окружены также ферритной оторочкой. Однако неизвестно, служили ли эти включения зародышами при кристаллизации [32] или были задержаны дендритными разветвлениями. В случае области столбчатых кристаллов приемлемой кажется последняя гипотеза. [c.15] Силикатные включения имеют довольно сложное строение, они могут содержать сульфиды в виде внутренних шаровидных выделений или в виде продолговатых капель, закрепленных под поверхностью стекловидного включения (ф. 535/3). Это указывает на некоторую растворимость серы в жидком включении [33] с разделением на две различные фазы но время охлаждения. [c.15] в которых встречается непрерывная сетка FeS вокруг первичных зерен (причина красноломкости). Еще чаще это наблюдается в сталях, раскисленных кремнием и алюминием без избытка алюминия сульфиды располагаются на границах первичных зерен и имеют дендритную форму типа II (ф. 571/2). Сами сульфиды довольно часто появляются в ферритных областях (ф. 52 /7), так как при охлаждении феррит образуется в ликвационных зонах. Следует еще отметить, что углерод во время затвердевания концентрируется в междендритных пространствах — это первичная ликвация. Тем не менее после охлаждения перлит — или иначе углерод — иногда находят п дендритных осях, а феррит — в междендритных пространствах. Эта инверсия углерода дает вид ликвации, который иногда называют вторичной ликвацией. [c.16] Если усадка расплава происходит без последующего заполнения свободного пространства жидким металлом, то между дендритными ветвями (ф. 521/5), а также между первичными зернами возникают усадочные микрораковины. На микрофотографии (ф. 521/6) междендритные пространства заняты либо усадочными раковинами, либо металлом, претерпевшим ликвацию и состоящим из белого феррита и светлого перлита. [c.16] Эти усадочные микрораковины в слитке, который был слит в момент образования зоны равноосных зерен, могут формироваться в ряды, выстроенные в направлении течения жидкого расплава. Фронт затвердевания 4-т слитка (ф. 523), слитого из донной части, имеет маленькие усадочные раковины, которые сопровождаются концентрационной неоднородностью в направлении центра донной части слитка. [c.16] Хрупкость границ вторичных зерен, напротив, обусловлена образованием различных выделений окислов, сульфидов, карбидов, нитридов (ф. 527) или слабоокисляющихся металлов, например меди. Выделение может иметь место еще в а-области, например выделение цементита на границах ферритных зерен в медленно охлажденных малоуглеродистых сталях. [c.16] Вернуться к основной статье