Дендритный рост

Прежде полагали, что для металлов типична дендритная форма затвердевания, впервые описанная Д. Черновым. Впоследствии американские ученые Ф. Вейнберг и Б. Чалмерс доказали, что металл кристаллизуется не обязательно в виде дендритов. В структурах с решетками гранецентрированного и объемно-центрированного кубов дендритный рост идет в трех взаимно перпендикулярных направлениях их ребер. Однако он наблюдается только тогда, когда расплав переохлажден. Лишь небольшая доля такого расплава затвердевает дендритно. [c.102]

Существуют различные мнения о механизме дендритного роста. Металл заливается в изложницу. На ее стенках начинается кристаллизация — появляется мелкозернистая корка. Затем процесс кристаллизации распространяется на среднюю часть слитка, где образуются столбчатые кристаллы. Они растут в направлении отвода тепла. Вначале появляется своеобразный столб, потом ответвления от него. Так рождается дендрит — древовидный кристалл. Рост дендритов всегда идет в строго кристаллографических направлениях. [c.108]

Рис.7.4. Монокристаллы суперсплавов, выращенные в любом из направлений, кристаллизуются путем дендритного роста в направлении <001> [5]

Процесс повторяется. Кристаллизация происходит слоями, которые располагаются параллельно фронту затвердевания. В зависимости от средней скорости кристаллизации в сварочной ванне могут расти столбчатые кристаллиты трех типов (рис. 15) гладкие, ячеистые и дендритные (древовидные). У линии сплавления (вблизи точки А) переохлаждение невелико, скорость кристаллизации мала. Фронт затвердевания гладкий, на нем нет выступов и впадин. Это гладкий рост кристаллитов. По мере увеличения переохлаждения на фронте затвердевания образуются выступы - начинается ячеистый рост. Ячеистые кристаллиты представляют собой ряд параллельных игл (ячеек), имеющих поперечный размер 10 ...см, между ячейками в пределах каждого кристаллита образуются субграницы. По мере увеличения переохлаждения увеличивается скорость кристаллизации, отдельные ячейки могут быстро прорастать в расплав в виде игл, образуя стволы (по оси первого порядка). От них по осям второго порядка растут ветви, на которых могут быть новые ветви, растущие по осям третьего порядка и т.д. Образуются древовидные кристаллиты-дендриты, происходит дендритный рост. Вблизи оси шва перед фронтом затвердевания переохлаждение может быть так велико, что на имеющихся в расплаве включениях, которые в этом случае будут служить центрами кристаллизации, начнут расти во всех направлениях неориентированные кристаллиты. Это автономный рост кристаллитов. Столбчатые кристаллиты прекращают свой рост, упираясь в закристаллизовавшуюся зону автономного роста. [c.27]

Наименьшая химическая неоднородность возникает при гладком росте примеси вследствие малой скорости кристаллизации оттесняются фронтом затвердевания, границы между кристаллитами тонкие. Больше примесей остается на границах кристаллитов и на субграницах ячеек при ячеистом росте. Наибольшая химическая неоднородность образуется при дендритном росте. Между автономными кристаллитами также образуются ликвационные прослойки, но здесь они менее опасны. Эти кристаллиты не имеют преимущественного направления роста, прослойки равномерно распределены в затвердевшем металле. Таким образом, наиболее опасны для качества сварного шва дендритные кристаллиты. Поэтому важно, чтобы первичная структура металла шва была мелкозернистой с незначительной химической неоднородностью. Этого можно добиться, вводя в сварочную ванну элементы-модификаторы или твердые частицы, которые послужат центрами для автономных кристаллитов. [c.28]

Можно показать, что и перенос теплоты, ж диффузия примесей описываются с помощью дифференциальных уравнений и граничных условий одного и того же типа. Отсюда следует, что профили распределения температуры и примесей вокруг дендрита имеют одинаковую форму, как бы сложна ни была форма самого дендрита. Но это означает, что данные, касающиеся дендритного роста из раствора, применимы и к росту из расплава. [c.191]

В общем случае при рассмотрении дендритного роста необходимо учитывать кристаллические грани только двух типов 1) грани, перпендикулярные направлению оси дендрита (0-грани), и 2) грани, обладающие наименьшей скоростью роста в данной [c.191]

Существование решения, отвечающего сохранению формы частицы, еще не означает, что граница раздела будет устойчивой к различного рода возмущениям. Так, в тех случаях, когда какой-либо участок поверхности раздела выдвигается вперед и обгоняет соседние участки в росте, необходимо учитывать возможность того, что эта флуктуация будет возрастать, а не исчезать. В некоторых отношениях подобная ситуация очень сходна со случаем неустойчивой поверхности раздела между жидкой -и твердой фазами в момент начала дендритного роста. Проблема устойчивости поверхности раздела при превращениях в твердом состоянии очень сложна, однако Хэм показал, что неустойчивость формы не может быть результатом только условий диффузии. [c.260]

Скорость роста пор при переходе к неустойчивому дендритному росту значительно изменяется [410]. Перед потерей устойчивости в соответствии с моделью диффузионного роста скорость роста пропорциональна приложенному напряжению [ уравнения (15.19) и (15.20)]. После потери устойчивости [c.242]

РИС. 15.6. Изменение формы поры в процессе диффузионного роста дендритный рост Й Ю]. [c.242]

Дендритный рост как особая форма роста кристаллов наблюдается в тех случаях, когда процесс кристаллизации протекает очень быстро, например, при резком охлаждении расплава или раствора. Если переохлаждение намного больше критического, то не происходит даль- [c.334]

Приведенные выше положения справедливы только для кристаллизации идеально чистых металлов, в расплаве которых, как предполагается, все атомы одинаковы и взаимозаменяемы. Причиной дендритного роста при кристаллизации сплавов являются примеси в основном расплаве. Более подробно об этом будет сказано в следующем параграфе, здесь же следует лишь указать, что при затвердевании расплава в первую очередь кристаллизуется чистое вещество, а некоторое количество примесей вытесняется из твердой фазы в жидкость [11]. Перед межфазной границей образуется концентрационное уплотнение, препятствующее поступлению новых порций чистого вещества, требуемого для достройки кристалла. Выравнивание концентрации может осуществляться путем диффузии, либо в результате конвекции жидкости. Однако скорость движения слоя жидкости, соприкасающегося с межфазной границей, практически равна нулю. Толщина такого слоя может быть очень мала, но примесь может перемещаться через него в жидкую фазу только посредством диффузии. [c.517]

Так как при кристаллизации переохлажденного расплава поверхность раздела фаз имеет выступы, то концентрационное переохлаждение создает благоприятные условия для роста именно этих выступов. Возникающие у выступов диффузионные потоки обедняют примесями вершины их и обогащают ими боковые грани. При достаточной протяженности зоны переохлаждения у кристаллов появляются ветви второго порядка, свойственные дендритному росту. На некоторой стадии роста столбчатых кристаллов последние порции расплава оказываются настолько концентрационно переохлажденными, что в них зарождаются новые кристаллы. Последние, препятствуя росту столбчатых кристаллов, образуют в центре [c.270]

На более поздней стадии затвердевания ячейки разветвляются, на них появляются оси второго и третьего порадка, и ячеистый рост сменяется дендритным (древовидным) (рис. 3.14, б). Дендритному росту способствуют большие концентрации примесей в переохлажденном слое. Ячейки в сварных швах характерны для [c.55]

Авторы работы" [4-28 ] предлагают детальный механизм дендритного роста свинца в процессе формирования отрицательного электрода. Кристаллы свинца образуют первоначально длинные иглы. Затем возникают вторичные ответвления (рис. 4-8), направление роста которых перпендикулярно направлению роста основного ствола. На более поздней стадии образуются третичные ответвления, расположенные под прямым углом друг к другу. Ком- [c.131]

Схема дендритного роста кристалла [c.10]

Рис. 23. Дендритная кристаллизация а — схема дендритного кристалла б — схема его роста в — дендриты на поверхности слитка свинца. X 200

У кристаллов появляются ветви второго порядка, свойственные дендритному строению. Последние порции расплава могут оказаться настолько концентрационно переохлажденными, что в них зарождаются новые кристаллы, которые, препятствуя росту столбчатых кристаллов, образуют в центре шва зону с равноосной структурой. [c.454]

Рис. 55. Рост зародыша а - плотная упаковка, в, с - дендритная структура

Дендриты образуются только при росте к-ристаллов. Причиной их образования является очень быстрый рост в условиях переохлаждения, то есть отрицательный температурный градиент перед фронтом кристаллизации. Одной из особенностей дендритного роста является то, что ось дендрита и его ветви растут вдоль конкретаого кристаллографического направления, характерного для данного материала [21]. Каждый дендрит растет от одного центра кристал-Рис. 33. Схема строения дендрита 1, 2, 3 - оси лизации, что подтверждается первого, второго и третьего порядка соответст- кристаллографической ориенти-венно [c.50]

В теории затвердевания изложенный меха,низм в своей основе остался без изменений. Считается, что образование рассеяной пористости является неизбежным. Можно лишь при дендритном росте кристаллов добиться уменьшения размера пор, увеличивая дис1персность микростроения кристалла (например, уменьшением расстояния между вторичными осями дендритов при ускорении затвердевания отливки). Для герметичности отливок и их механических свойств рассеяная усадочная пористость большой угрозы не представляет. [c.167]

Могут проявиться и другие дефекты слитков, присущие процессу вакуумно-дугового переплава, — это дефект, известный под названием три кольца, и дефект "белые пятна". Первый связан с микроликвацией и возникает в результате изменений в направлении дендритного роста. Три кольца нередко объясняют механически нестабильной формой ванны в процессе плавки [5]. Три кольца обычно проявляются в виде колец различного травления слитка или поковки подобно многим микроструктурным неоднородностям это явление можно ослабить или полностью устранить с помощью гомогенизирующих обработок. Недавно предметом забот, связанных с проведением вакуумно-дугового переплава, стали дефекты слитков, проявляющиеся в видё белых пятен. Предложено немало теорий, трактующих проявление этих дефектов. Некоторые из них органически привязаны именно к механизмам вакуумнодугового переплава. Белые пятна не относятся к числу дефектов, часто возникающих в слитках такого переплава, однако их появление вызывает тревогу, ибо продемонстрировано их вредное влияние на качество материала [7]. [c.153]

Монокристаллическую отливку получают, вставив поверх блока, зарождения зерен дополнительную геликоидную конструкцию она служит в качестве фильтра, который пропускает сквозь себя лишь одно ра стуш,ее зерно. Это происходит потому, что суперсплавы затвердевают посредством роста денд-ритов. Каждый дендрит имеет возможность расти только в трех взаимно перпендикулярных направлениях <001>. Меняющееся непрерывно направление геликоида в сочетании с ортогональной природой дендритного роста мало-помалу пресекает рост всех, кроме одного наиболее удачно ориентированного и расположенного зерна в результате из вершины геликоида исходит монокристалл (рис. 7.3). Это избранное зерно и заполняет в дальнейшем полость оболочки таким же образом, как при отливке на структуру столбчатых зерен. Получается монокристаллическая отливка лопатки с ориентировкой монокристалла <001> (см. правую лопатку на рис. 7.1). В настоящее время вышеописанный процесс направленной кристаллизации используют для производства в промышленных количествах отливок полых турбинных лопаток со столбчатой структурой и монокристаллических. [c.242]

В некоторых случаях при росте из расплава, из жидких или твердых растворов, из пара, а также при электрокристаллизации образуются особые формы кристаллов, напоминающие деревья и называемые поэтому дёндритами. Тенденция к дендритному росту имеется во всех случаях, когда между питающей и твердой фазами существует положительная разность гиббсовских свободных энергий AG, и эта разность увеличивается по мере удаления от поверхности раздела в глубь питающей фазы. В чистом расплаве дендритная морфология кристаллов может стать доминирующей только в том случае, если температурный градиент в расплаве на границе раздела фаз отрицателен. В случае растворов (сплавов) дендритная структура может возникать [c.190]

Упоминаемые выше расчеты производились без учета анизотропии скорости роста в зависимости от направления, т. е. для явно нереальных условий. Если бы кристалл не обнаруживал анизотропных характеристик, дендрит мог бы расти одинаково быстро при неизменной форме в любом кристаллографическом направлении. Таким образом, существование преимущественных направлений дендритного роста указывает на анизотропию свойств кристалла. Уравнение (24) позволяет предположить, что дендрит будет расти в том направлении, которое обеспечивает наибольшую аксиальную скорость роста, т. е. это должен быть дендриг с минимальным р (при данном Г). [c.191]

Декантации метод 179, 181 Декорирование 365 Дендритное расчленение (ветвление ячеек) 190 Дендритный рост 190—193 Деидриты 190 [c.476]

Экспериментально установлено [ 390, 391, 409], что при высоких приложенных напряжениях происходит дендритный рост поры (в виде пальцеобраз-. ных цoлo тei в плоскости, границы (рис 15.6), а при низких напряжениях пора растет равномерно. Первые исследования этого явления были проведены в работе [410]. Оказалось, что при достаточно больших скоростях диффузионного роста возмущения по контуру поры могут стать неустойчивыми, что приводит, к возникновению пальцеобразных полостей, которые развиваются в плоскости гранипь впереди отставшего основного контура поры. Поскольку поверхностная диффузия стремится сглаживать возмущения по контуру поры, условия существования рассматриваемой неустойчивости сильно зависят от соотношения между скоростями диффузии на поверхности и по границам. Условие перехода к дендритному росту поры первоначально кругового контура можно записать в виде [ 411] [c.242]

Рассмотрим три примера карт механизмов роста пор (в координатах "нормированное напряжение а/С - гомологическая температура Т/ не приводя довольно сложное уравнение, которое было использовано при построении этих карт [422]. Первые две карты (рис. 15.13 а, б) иллюстрируют механизмы роста пор при ползучести а-железа. Карты построены для одинаковых значений г/Х и (Й - средний размер зеревг), но для разных расстояний между центрами пор А (5 и 30 мкм). Из сравнения обеих карт ясно видно влияние расстояния Л. Штрих-йунктирная линия иа рис, 15,13, а изображает границу дендритного роста пор, который для а-железа, по-видимому, является типичным. [c.252]

Из-за ограниченного объема з книге не приводятся методы рентгбнов1ского анализа или обнаружения дислокаций. По этой же причине при изложении вопросов дендритного роста дано описание лассических дендритов, а процессы затвердевания, ведущие. к образованию ячеистой структуры и структуры стальных отливок, не рассматриваются. [c.8]

Изложенное объясняет, почему при выделении и растворении кристалла имеется стремление к образованию ровных кристаллических- граней но влияют и другие факторы, которые благоприятствуют менее простым формам. Рост кристалла из раствора может продолжаться только в том случае, если концентрация у поверхнос ги поддерживается немного выше величины насыщения необходимо непрерывное пополнение отлагающегося материала происходит ли это благодаря диффузии или конвекции, оно идет быстрее у углов, так что при росте вероятно углы удлиня1бтся, образуя длинные иглы (фиг. 72) в конце концов это ведет к дендритным формам. Если кристалл образуется при охлаждении расплавленного материала ниже его точки плавления, то кристаллизация может идти только в том случае, если теплота затвердевания отводится, и это. также может происходить предпочтительно у углов, снова благоприятствуя дендритному росту. [c.336]

Кристаллизация сварного шва начинается от границ оплавленного основного металла и протекает путем роста столбчатых кристаллитов к центру И1ва. При этом оси кристаллита, как правило, остаются перпендикулярными к поверхности движущейся сварочной ванны, в результате чего кристаллиты изгибаются и вытягиваются Б направленирг сварки (рис. 5.8). Вследствие дендритной ликвации примеси располагаются по границам кристаллитов, где они могут образовать легкоплавкие эвтектики и неметаллические включения. Это снижает механические свойства шва и в отдельных случаях люжет быть npii4HH0if образования горячих трещин. [c.190]

Под влиянием конкретных тепловых и кинетических условий кристаллизации металла шва, химического состава сплава, градиента температур, скоростей сварки и кристаллизации в различных зонах шва возможно образование разной первичной структуры — столбчатой, полиэдрической. Столбчатая и полиэдрическая структура, в свою очередь, могут быть ячеистыми, ячеисто-дендритными, дендритными. Все эти структуры в шве можно не только получить, но и управлять их развитием, изменяя условия роста, как это следует из теории концентрационного переохлаждения. Такие параметры роста кристалла, как скорость кристаллизации Укр и градиент температур в жидкой фазе grad 7ф, оказывающий наиболее существенное влияние на образующуюся структуру, можно рационально подбирать и изменять при сварке. Температурный градиент в жидкости может быть повышен увеличением тепловой мощности дуги путем повышения напряжения или силы тока или может быть понижен путем предварительного подогрева. Скорость кристаллизации можно регулировать изменением скорости сварки. [c.453]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...