Затвердевание стали скорость кристаллизации

Обширные исследования, выполненные советскими и зарубежными учеными, показали, что большинство важнейших свойств реальных отливок практически однозначно определяются величиной скорости их затвердевания. На рис. 5, для примера, приведены результаты исследований Б. Б. Гуляева зависимости механических свойств отливок и слитков углеродистой стали от линейной скорости 7 их затвердевания. Графики демонстрируют резкое падение пластичности, менее резкое падение ударной вязкости и еще меньшее понижение предела прочности при замедлении затвердевания стали. Ход кривых находится во вполне определенном соответствии с зависимостью величины зерна от скорости затвердеваний отливок из стали 40Л (рис. 5, г) измельчение кристаллического зерна ведет к повышению механических свойств. Поэтому для правильного понимания связи механических свойств с величиной скорости затвердевания отливок и, следовательно, сознательного управления процессом формирования свойств отливок необходимо располагать достаточно полными представлениями о кристаллизации металлов и сплавов в реальных условиях литья. [c.161]

Работая над вторым изданием книги, автор стремился рассмотреть возможно более широкий круг вопросов, относящихся к проблеме прокаливаемости. С этой целью в книгу введены новые главы и разделы. Это гл. I Физические основы прокаливаемости стали. Классификация сталей по прокаливаемости , пп. 2, 3, 7 и 9 гл. II, в которых рассмотрены влияние легирования комплексом элементов, колебаний химического состава, скорости кристаллизации стали при затвердевании и химической микронеоднородности твердого раствора на прокаливаемость стали соответственно, гл. III Пути управления прокаливаемостью и п. 5 гл. IV, в котором рассмотрен метод определения прокаливаемости путем моделирования реальных условий охлаждения крупных поковок. [c.4]

СКОРОСТЬ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ СТАЛИ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ [c.93]

Структура слитка зависит от температуры, скорости разливки, свойств металла. Сталь разливают в слитки массой до 20 т. При затвердевании сталь уменьшается в объеме на 5,3%, образуя усадочную раковину и осевую усадочную рыхлость. Эти явления, а также повышенная загрязненность ухудшают качество головной части слитка, которую приходится отрезать, теряя до 15% металла. Борьба с усадочными явлениями осуществляется путем создания таких условий кристаллизации, при которых усадочная раковина имела бы наивыгоднейшую форму и наибольшую концентрированность. [c.558]

Скорость кристаллизации зависит от химического состава, от кристаллической модификации, в которой затвердевает сталь (б или 7) и от кристаллографического направления. Так как образование кристаллов замедляется освобождением скрытой теплоты затвердевания, то кристаллизация зависит также от скорости охлаждения. Этот последний фактор очень важен. [c.9]

Известно, что при непрерывной разливке стали в водоохлаждаемый медный кристаллизатор соблюдается лишь одно из обязательных условий направленной осевой кристаллизации жидкого металла — равенство скоростей поступления его в изложницу (кристаллизатор) и затвердевания. Но второе условие при этом не выполняется глубина металлической ванны очень велика. В результате слиток, полученный на установках непрерывной разливки, или, как его называют, непрерывная заготовка, имеет четко выраженную радиальную направленность роста кристаллов со всеми вытекающими отсюда последствиями. [c.398]

Методом вакуум-кристаллизации можно более точно определить скорость затвердевания корки слитка, особенно в начальный момент кристаллизации. Этим методом можно оценивать и некоторые другие характеристики склонность стали к переохлаждению, форму фронта кристаллизации, характер дендритной структуры, склонность к образованию пористости и трещин, а также влияние модификаторов на эти характеристики. [c.9]

Построение градуировочной кривой по температурам затвердевания чистых металлов. Для этого известное количество чистого металла (не менее 100—200 г) расплавляют в тигле, в который помещают термопару, защищенную от непосредственного действия металла специальным чехлом из кварца, фарфора или нержавеющей стали. Затем охлаждают металл со скоростью 2— 5 град сек и записывают через каждые 20—30 сек значения т. э. д. с. по показаниям проверяемого милливольтметра. По полученным значениям т. э. д. с. строят кривую в координатах т. э. д. с. — время охлаждения. Температура кристаллизации является физической постоянной данного металла, и кристаллизация сопровождается выделением некоторого количества тепла. На кривой охлаждения чистого металла температуре кристаллизации соответствует горизонтальный участок. Таким же образом строят кривые охлаждения нескольких других металлов. Полученные значения температур плавления чистых металлов, выраженные в милливольтах, наносят на график, построенный в координатах т. э. д. с. — температура, °С, и соединяют линией. Эта линия, выражающая зависимость т. э. д. с. от температуры, 22 [c.22]

Декоративные особенности кристаллического узора определяют скорость и направление отвода тепла во время затвердевания расплавленной пленки олова, а также природа металла основы. При прочих равных условиях, например, на алюминии и стали образуется крупный узор, на никеле — средний, на меди и цинке — мелкий, и особенности дают возможность в широких пределах варьировать величину и композицию кристаллического узора, получать искусственные центры кристаллизации, контурные изображения и т. п. [c.466]

Повышенное содержание водорода в поверхностной зоне низа слитка по сравнению со средней частью поверхности объясняется быстрым затвердеванием низа слитка. После завершения кристаллизации на распределение содержания водорода по объему слитка оказывает большое влияние термодиффузия, т. е. диффузия водорода в твердой стали, от участков с пониженной тем пературой к участкам, имеющим более высокую температуру [139, 191]. Так, например, скорость охлаждения слитков сечением 100 мм следующим образом влияет на распределение водорода (табл. 11). [c.36]

Вторым важным фактором, влияющим на расположение пузырей, кроме отношения [РеО]/[С], обусловливающего характер кипения, является характер затвердевания (кристаллизации) стали. Условия же застывания слитка в свою очередь зависят от температуры и скорости разливки и от интенсивности отдачи теплоты сталью изложницы, которая определяется конструкцией изложницы и ее температурой нагрева. Изменяя степень окисленности металла [РеО]ДС], можно изменять и расположение пузырей в слитке. [c.124]

Структура стального слитка формируется в результате последовательной кристаллизации, которая начинается на поверхности (так как работа образования критического зародыша при гетерогенном зародышеобразовании (1.81) меньше), в наиболее холодных местах, распространяется в глубину и заканчивается в центре слитка. Кристаллизация стали определяется двумя факторами - скоростью затвердевания и избирательным процессом выделения более чистых по составу кристаллов из раствора. [c.344]

Толщина стенок металлических форм. На скорость затвердевания отливки, стойкость форм и величину отбела чугунных отливок влияет толщина стенок формы. Однако на качество отливок из стали и сплавов цветных металлов толщина стенок формы не оказывает заметного влияния. Поэтому при выборе толщины стенок металлических форм необходимо учитывать увеличение их стойкости. Металлические формы, как правило, выходят из строя из-за появления сетки разгара на рабочих поверхностях, возникающей вследствие длительного воздействия горячего сплава на стенки формы. При массивных формах процесс кристаллизации металла происходит быстро и время пребывания отливки в форме может быть уменьшено. Более тонкие стенки формы могут применяться при [c.19]

Величина зерен зависит от условий кристаллизации и прежде всего от скорости охлаждения. Чем больше скорость охлаждения металла, чем быстрее он затвердевает, тем больше возникает в затвердеваюш.ем металле центров кристаллизации и тем, следовательно, мельче получатся зерна (фиг. 32). Это общий закон кристаллизации он одинаково справедлив и для процесса затвердевания металлов (первичной кристаллизации), и для процессов образования новых зерен в твердом состоянии (вторичная кристаллизация). Термисты хорошо знают этот закон и широко применяют его в практике термической обработки для получения стали мелкозернисто о. строения применяют нормализацию, а не отжиг. [c.53]

Образовавшиеся пузырьки газообразной окиси углерода оттесняются кристаллизующимися дендритами от стенок к центру слитка и вверх, а также перемешивают оставшуюся еще в жидком состоянии сталь, несколько выравнивая ее химический состав. Выделение пузырьков газа из застывающего слитка создает впечатление кипения (что и обусловливает его название). Некоторые пузырьки окиси углерода не успевают выйти из слитка до его застывания, и в слитке образуются пустоты правильной круглой формы. Слитки кипящей стали получаются обычно без концентрированных усадочных раковин и имеют мало неметаллических включений, так как не раскисляются ферросплавами и алюминием, да и стоят они поэтому дешевле. f B последние десятилетия создано много установок для непрерывной разливки стали. Схема машины для непрерывной разливки стали, представляющей собой многоэтажное сооружение, показана на рис. 5.8. Сталь из разливочного ковша через промежуточный ковш непрерывной и равномерной струей заливается в кристаллизатор, представляющий собой слегка качающийся вверх и вниз двухстенный короб из красной меди, стенки которого интенсивно охлаждаются проточной водой. Благодаря этому сталь быстро формирует прочные и плотные стенки слитка. Из кристаллизатора слиток непрерывно вытягивается валками со скоростью, соответствующей скорости кристаллизации слитка. Ниже кристаллизатора до выхода из валков слиток подвергается вторичному охлаждению водяными душами, при этом заканчивается его затвердевание. После выхода из валков от непрерывно опускающегося слитка кислородно-газовой горелкой отрезают куски необходимой длины. [c.55]

В последние десятилетия создано много установок для непрерывной разливки стали (рис. 4.10.) Сталь из разливочного ковша через промежуточный ковш непрерывной и равно.мерной струей заливается в кристаллизатор, представляющий собой слегка качающийся вверх и вниз двух-стенпый короб из красной меди, стенки которого интенсивно охлаждаются проточной водой. Благодаря этому сталь быстро формирует прочные и плотные стенки слитка. Из кристаллизатора слиток непрерывно вытягивается валками со скоростью, соответствующей скорости кристаллизации слитка. Ниже кристаллизатора до выхода из валков слиток подвергается вторичному охлаждению водяными душами, при этом заканчивается его затвердевание. После выхода из валков от непрерывно опускаю- [c.76]

Основоположник научного металловедения Д. К. Чернов во второй половине прошлого столетия отметил, что процесс затвердевания стали состоит из двух стадий образования центров кристаллизации ( зачатков —по терминологии Чернова) и роста кристаллов из этих центров. Позднее известный немецкий металловед Г. Тамман установил количественные характеристики для двух стадий кристаллизации — число центров, возникающих в единицу времени в единице объема, т. е. скорость зарождения центров (с. 3. ц.), и линейную скорость роста кристаллов из этих центров (л. с. р.). Тамман переохлаждал прозрачные органические жидкости до различных температур и определял при разных переохлаж- [c.123]

С затвердеванием металла шва структурные превращения в нем не заканчиваются. Например при сварке стали первичные кристаллиты сразу после их образования состоят из аустенита - твердого раствора углерода и легирующих элементов в у-железе, существующего при высоких температурах (750...1500 °С ). В процессе охлаждения аустенит распадается, превращаясь в зависимости от состава стали и скорости охлаждения в другие фазы пластичный феррит, более прочный перлит и прочный, но малопластичный мартенсит. Скорость охлаждения зоны сварки обычно велика, и структурные превращения не успевают произойти до конца. Следовательно, меняя скорость охлаждения сварного соединения, подогревая или искусственно охлаждая его, можно в некоторых пределах управлять вторичной кристаллизацией металла шва и его механическими свойствами. Теплота, выделяемая источником нагрева, при сварке распространяется в основной металл. Его участки нагреваются до температуры плавления на границе сварочной ванны и имеют температуру окружающей среды вдали от нее. Это не может не сказаться на структуре металла. Зону основного металла, в которой в результате нагрева и охлаждения металла происходят изменения структуры и свойств, называют зоной термического влиянця (ЗТВ). Каждая точка в ЗТВ в зависимости от расстояния до оси шва достигает различной максимальной температуры, нагревается и охлаждается с различными скоростями. Изменение температуры данной точки во времени KdiZUbdiKiX термическш циклом. Каждая точка ЗТВ имеет при сварке свой термический цикл. Значит, металл в ЗТВ подвергается в результате сварки нескольким видам термической обработки. Поэтому в ЗТВ наблюдаются четко выраженные участки с различной структурой и свойствами. [c.29]

Например, кривая охлаждения для сплава (стали) с 0,6% XZ (фиг. 75, 6) показывает, что при его затвердевании по мере охлаждения выделяется большое количество скрытой теплоты кристаллизации, что значительно уменьшает скорость охлаждения. В это время из жидкого сплава выделяются кристаллы аустенита до тех пор, пока он не превратится в один аустенит. Тогда начнется ускоренное падение температуры аустенита вплоть до точки А , ниже которой из него начнет выделяться феррит, что также вызывает выделение тепла, но сравнительно небольшое. Так продолжается до точки Ai, где при постоянной температуре происходит эвтекто-идное превращение, отвечающее температурной остановке на кривой охлаждения, когда оставшийся аустенит с 0,8% С переходит в перлит, и затем температура образовавшейся перлито-ферритной структуры снова понижается. / [c.125]

Отметим, что совершенно необязательно последовательное затвердекание стали в слитке от поверхности к центру. При определенных условиях, зависящих от химического состава сплава, размеров слитка и скорости теплоотвода, возможно возникновение таких ситуаций, когда после затвердевания зоны, прилегающей к стенкам изложницы, начинается кристаллизация расплава осевой зоны. В этом случае кристаллизация расплава идет с двух сторон со стороны наружной поверхности и с осевой стороны расплав, расположенный в промежуточной части (между осевой и наружной зонами), кристаллизуется в последнюю очередь. Подобные условия могут возникать в тех случаях, когда расплав промежуточной зоны слитка сильно обогащается атомами растворенных элементов, заметно снижающих температуру солидуса. Этому в сильной степени способствует широкий температурный интервал кристаллизации сплава. Если же при этом интенсивность отвода тепла недостаточная (например, большая масса металла) , то температура конца затвердевания может оказаться заметно ниже температуры металла в этой зоне, и, следовательно, металл удет находиться в жидком состоянии. Металл же осевой зоны слитка при р.ассматриваемой ситуации, как менее обогащенный по сравнению с металлом промежуточной зоны и, следовательно, имеющий более высокую температуру конца затвердевания, закристаллизуется раньше, чем металл промежуточной зоны. [c.95]

А. И. Духин и В. Е. Неймарк измерили переохлаждение в начальный момент кристаллизации слитка из низкоуглеродистой стали (0,2% С) в цилиндрической вакуумной стальной изложнице диаметром 60 мм. Предварительно в стенку изложницы на высоте 120 мм от нижнего открытого конца вставляли термопару, обнаженный спай которой выдвигался на 1,5 мм внутрь изложницы. Термопару уплотняли порошком алунда с жидким стеклом. Э. д. с. термопары фиксировали шлейфовым осциллографом. В момент соприкосновения термопары с расплавом температура была несколько выше ликвидуса 1520°С). Затем температура быстро снизилась до 1170° С, после чего вследствие выделения теплоты кристаллизации при затвердевании периферийной зоны слитка температура повысилась, но при этом не достигла солидуса. Максимальное переохлаждение, зафиксированное с помощью осциллографа, в начальный момент кристаллизации корки слитка стали достигало 320° С. Подсчитанная по кривой охлаждения скорость охлаждения составляла около 1000° С/с. В некоторых опытах отмечено значительно меныиее переохлаждение (50—100°С). [c.76]

Рис. 37. Зависимость скорости затвердевания полого слитка стали Х25Н20 от концентрации Ti. Цифры у кривых — время кристаллизации, с

Получение слитков под регулируемым давлением заслуживает большого внимания, так как улучшается поверхность, уменьшаются усадочные раковины и повышается однородность стали [10, с. 301—305]. Путем модифицирования таких слитков можно выравнить фронт кристаллизации, увеличить скорость затвердевания корки, уменьшить склонность к образованию трещин и пористости. Особенно важно применять модификаторы при изготовлении под регулируемым давлением полых слитков. [c.187]

При затвердевании чугуна белым 1—2% Мп не оказывают заметного влияния на первичную структуру. Как показано выше, в белом чугуне марганец концентрируется в карбидной фазе. Карбид марганца МпзС изоморфен с цементитом Ре С и образует с ним непрерывный ряд твердых растноров. Обычно полагают, что и в высокомарганцевых чугунах карбидная фаза представлена как (Ре, Мп)зС, хотя в работе [83] на основании морфологического анализа колоний карбидо-аустенитной эвтектики высказано предположение о возможности кристаллизации в чугунах, содержащих более 20% Мп, тригональ-ного карбида (Мп, Ре)7Сз. Однако и при меньших содержаниях марганца в первичной структуре отливок из белого чугуна наблюдаются некоторые особенности. Рентгенографические исследования цементита, выделенного из содержащих марганец сталей или чугунов [54, 84], выявили, например, сверхструктурные линии. Это позволяет сделать предположение, что атомы марганца вследствие большего сродства к углероду в первую очередь замещают в цементите те атомы железа, которые находятся на ближайших расстояниях от атомов углерода. Закономерное расположение атомов марганца, связанное с усилением гомеополярных связей в решетке марганцевого цементита, увеличивает анизотропию скорости роста и свойств его кристаллов. С этим следует [c.120]

При затвердевании первых слоев металла возникает кристаллизационная прослойка, которая образуется из расплавленных объемов свариваемых частей, перемешанных турбулентными потоками в ванне. Кристаллизация имеет направленный характер и начинается на оплавленных зернах перлитной и аустенитной сталей, играющих роль теплоотводов и плоских зародышей. Их рост осуществляется по принципу ориентационного и размерного соответствия путем единичного или группового оседания атомов жидкости во впадинах кристаллической решетки зародышей, что обеспечивает связь шва с основным металлом. При этом различна роль легирующих элементов, входящих в состав ванны. Элементы-феррити-заторы (хром, титан, молибден), атомный объем которых больше, чем железа, способствуют росту кристаллитов с ОЦК-решеткой, а аустенитизаторы (углерод, никель, азот, марганец) -с ГЦК-решеткой. Последняя имеет более плотную упаковку и большие размеры, отличается от ОЦК-решетки скоростью и направлением роста. Это приводит к преимущественному оседанию одних атомов и отталкиванию других. В результате избирательного роста перед передними гранями растущих кристаллитов концентрируются в жидком слое инородные атомы, что приводит к останову роста, переохлаждению жидкого слоя, примыкающего к межфазной поверхности, и зарождению кристаллитов с решеткой другого типа. На рис. 13.3 представлена микроструктура зоны сплавления [c.177]

Главные фа1сторы, от которых зависит качество отливаемых слитков, - температура и скорость разливки, а также скорость затвердевания. Скорость разливки тесно связана с температурой металла в ковше (рис. 6.4). Разницу между температурой струи металла и температурой кристаллизации стали называют перегревом. Он должен быть не ниже определенной величины. При горячем металле можно разливать и быстро и медленно, если же нагрев металла недостаточен, то разливать металл приходится только быстро. Из-за того, что продувка стали аргоном в ковше проводится перед началом разливки, а ковш закрыт крышкой, температура стали в процессе разливки снижается незначительно. [c.342]

За время кристаллизации структура поверхностного слоя меняется слабо, т.е. доля объемного зародышеобразования твердых фаз стали мала по сравнению с процессами роста отдельных блоков и субзерен. С ростом удельной мощности электронагрева qs от 10 до 6-10 Вт/м размеры переходной области снижаются с 0,65 до 0,4 мм из-за повышения градиента температур, пропорционального росту Времена полного затвердевания соответственно уменьшаются с 30 до 10 мс. Период времени х > х характеризуется постепенным переходом к регулярному режиму охлаждения, когда слои между поверхностью и изотермой Г = 10 К (Г Ас ) рхлаждаются практически с одинаковой скоростью Уохл (2+3)-10 К/с. Значения последней остаются достаточно высокими, обеспечивая полноту образования мартенсита и повышение твердости поверхностного слоя на глубине более 1 мм (при частоте / = 440 кГц). [c.500]

При отливке деталей, особенно из бронзы и стали, в металлические формы значительно улучшаются механические свойства. Детали, залитые в стационарные металлические формы, имеют равномерное, более мелкозернистое и плотное строение, что обеспечивает однородные и более высокие механические свойства литых изделий. Сопротивление удару, особенно при температурах ниже нуля, у деталей из среднемарганцовистой и углеродистой стали, отлитых в металлические формы, значительно выше, чем у таких же деталей, отлитых в сырые песчаные формы. Кристаллизация металла, залитого в металлическую форму, протекает значительно быстрее, чем кристаллизация металла, залитого в песчаную форму. Средняя линейная скорость затвердевания со стороны металлической формы в 3—5 раз больше, чем со стороны песчаной части формы. Детали с небольшой толщиной стенок, залитые в стационарные металлические формы, имеют мелкозернистое, безразлично ориентированное строение, что не достигается при отливке в песчаные формы. Величина действительного зерна оказывает наибольшее влияние на ударную вязкость. [c.57]

Последние присутствуют в жидкой стали в виде взвешенных частиц, которые могут коагулировать в процессе кристаллизации. Сульфидные включения находятся в жидкой стали в растворе и формируются главным образом в процессе самой кристалли-аации. Увеличение скорости затвердевания приводит к уменьшению размеров включений и делает их менее опасными для качества металла (рис. 20 и 21). По мере удаления от поверхности слитка к оси включения укрупняются в ликвационных зонах наблюдается увеличение количества и размеров неметаллических включений особенно сульфидов. [c.496]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...