Сталь жидкая - Центры кристаллизации

В центральной части слитка (зона III) отсутствует определенная направленность теплоотдачи. В результате образуются равноосные кристаллы. Обычно различные мельчайшие дополнительные частицы (включения) в жидкой стали становятся центрами кристаллизации. [c.28]

Вторая зона слитка - зона столбчатых кристаллов (2). После образования самой корки условия теплоотвода меняются, градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следовательно, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из-за небольшого числа центров кристаллизации начинают расти в направлении теплоотвода столбчатые кристаллы. [c.19]

При исследовании влияния перегрева жидкой стали на размер а. з. п. к. отбор образцов (диаметром 5 мм) производили при различных температурах на 20, 100 и 170° С выше ликвидуса, а также из двухфазной области. Оказалось, что размер а. з. п. к. мало зависит от температуры жидкой стали. Варьированием скорости теплоотвода при кристаллизации путем всасывания жидкой стали в фарфоровые трубки разного диаметра-—от 20 до 2 мм — установлено, что с уменьшением диаметра трубки до 5 мм величина а. з. п. к. уменьшается. Дальнейшее уменьшение диаметра образца до 2 мм, несмотря на увеличение скорости охлаждения стали, не приводит к уменьшению а. з. п. к., а, наоборот, зерно даже несколько укрупняется. Это явление, вероятно, связано с тем, что в образце диаметром 2 мм скорость роста кристаллов с увеличением переохлаждения сильно увеличивается. Возникающие в переохлажденном расплаве немногие зародыши быстро растут, препятствуя образованию новых центров кристаллизации. [c.86]

Следует отметить, что небольщие присадки титана (0,01—0,03%) уже оказываются эффективными в измельчении первичной структуры металла, поскольку образующиеся в жидкой стали нитриды титана служат центрами кристаллизации [12]. [c.29]

Другое кристаллическое строение — равноосные кристаллы в виде разно-ориентированных дендритов — образуется в стали при большом количестве центров кристаллизации, когда в связи с пониженной температурой литья начинается кристаллизация одновременно по всему объёму металла. При равноосной кристаллизации дендриты сильно переплетаются между собой, и поэтому. ослабление связи между кристаллами отсутствует. Однако в результате затруднённого поступления жидкого металла через переплетённые ветви дендритов образуются пустоты, и литьё получается пористым. Пористость также вызывается газонасыщенностью жидкой стали. Для слитка предпочтительно иметь равноосную кристаллизацию, а для фасонного стального литья она является обязательным условием качественной отливки. [c.95]

Через 10 лет, в 1878 г., Д. К. Чернов сделал в Русском техническом обществе новый доклад Исследования, относящиеся к структуре литых стальных болванок , в котором развил свои замечательные идеи о кристаллизации стали и центрах кристаллизации, выделении газов и изменении объема при переходе стали из жидкого в твердое состояние и яв.тении ликвации. Те.м самым Д. К. Чернов установил в вопросах теории кристаллизации приоритет русской науки и значительно раньше Г. Таммана, проводившего свои опыты с прозрачными органическими веществами в маленьких тигельках, создал учение о центрах кристаллизации и законах роста кристаллов на больших объемах стали — малоподвижной жидкости, залитой в чугунные изложницы. [c.12]

Путем растворения и перераспределения препятствующего вещества при горячей механической и термической обработке удается иногда добиться изменения величины аустенитного зерна. Регулирование величины зерна в стали является лишь частным случаем более общей проблемы, а именно — регулирования числа и распределения центров кристаллизации (модифицирование) металлических сплавов. Незначительная добавка модификатора в хорошо подготовленный жидкий сплав может резко изменить все его свойства в желательном направлении. [c.192]

Установлено, что форма включения зависит в значительной мере от того, насколько соединение легкоплавко, т. е. затвердевает ли оно раньше металла или после затвердевания металла. Если соединение тугоплавко, то оно может образовываться в виде зернышек еще в жидкой стали и не будет давать сплошных оболочек вокруг зерен твердого металла, а часто даже может находиться внутри зерен (как центр кристаллизации). [c.135]

Высокопрочный чугун является важным конструкционным материалом, в котором сочетаются многие ценные свойства стали и чугуна. Этот чугун получают из серого чугуна модифицированием перед разливкой в жидкий металл добавляют специальные присадки — модификаторы в количестве 0,01—0,03% от массы жидкого металла. Модификаторы раскисляют чугун и создают искусственные центры кристаллизации. [c.29]

Таким образом, изложница, расширяющаяся кверху, является более приемлемой для формирования здорового слитка спокойной стали. Это связано с тем, что в слитке, расширяющемся кверху, тепловой центр размещается в верхней трети слитка в более уширенной части. В соответствии с этим в верхней части дольше сохраняется жидкое состояние и кристаллизация, происходящая под жидким металлом, получает более длительное и полноценное питание. [c.368]

В первый момент контакта жидкой стали с холодными стенками изложницы происходит интенсивное переохлаждение слоя небольшой толщины, и в этом слое возникают многочисленные центры кристаллизации. Возникающие кристаллы вследствие их одновременного роста не успевают вырасти до более или менее больших размеров. В результате образуется так называемый корковый слой, состоящий обычно из мелких равноосных кристаллов. Образование кристаллов коркового слоя, в соответствия с диаграммой состояния, происходит преимущественно из чистой жидкости, менее насыщенной примесями. Маточный раствор, находящийся внутри коркового слоя, больше насыщен углеродом и [c.39]

Третья — срединная зона, или центральная область, слитка. Она состоит из кристаллов, ориентированных в разных направлениях. В этой зоне центры кристаллизации возникают не только на границе с затвердевшим металло.м, но и внутри — вокруг различных неметаллических включении в жидкой стали, случайно в нее попавших или не успевших раствориться тугоплавких состав-ЛЯЮШ.ИХ, что и способствует образованию кристаллов, ориентированны. с в разных направлениях. [c.37]

Так как плотность стали в твердом состоянии выше, чем в жидком, по мере продвижения фронта кристаллизации к центру слитка уровень расплава медленно понижается, образуя усадочную раковину 4, которая удаляется вместе с прибыльной частью перед прокаткой слитка. [c.186]

Ликвационная зона появляется при охлаждении металла в изложнице вследствие неравномерного распределения входящих в состав стали химических элементов. В центральной зоне слитка, и особенно в ее верхней части, где металл при затвердевании дольше всего находится в жидком состоянии, появляется повышенное количество серы, фосфора и углерода. Происходит это явление от того, что не все компоненты и примеси, входящие в состав стали, затвердевают одновременно. Наиболее тугоплавкие частицы металла затвердевают с самого начала кристаллизации, затем по мере охлаждения, затвердевают менее тугоплавкие частицы, содержащие несколько большее количество этих примесей. И в последнюю очередь затвердевают самые легкоплавкие частицы металла с наибольшим содержанием серы, фосфора и углерода, ранее оттесненные к центру слитка. [c.194]

Усадочная раковина Представляет собой полость, не заполненную металлом границы полости загрязнены включениями. Располагается обычно в центре верхней части слитка и образуется вследствие уменьшения объема стали при кристаллизации Отрезка прибыльной части слитка, макрошлифы или изломы от прутков, соответств ующих прибыльной ча ти слитка Уменьшение усадочной раковины достигается а) применением утепленных прибыльных наставок и термитных смесей для поддержания в верхней части слитка высокой температуры жидкого металла, заполняющего усадочные полости б) снижением скорости наполнения изложниц [c.238]

Вторая зона слитка — зона столбчатых кристаллов 2. После образования самой 1к0рки условия теплоотвода меняются (из-за теплового сопротивления, из-за повышения температуры стенки изложницы и других причин), градиент температур в прилегающем слое жидкого металла резко уменьшается и, следо1ватель-но, уменьшается степень переохлаждения стали. В результате из небольшого числа центров кристаллизации начинают расти нормально ориентированные iK поверхности корки (т. е. в направлении отвода тепла) столбчатые кристаллы. [c.52]

К модификаторам II рода относятся элементы или их соединения, которые адсорбируются на гранях зарождающихся кристаллов и тормозят их рост. Адсорбция не происходит на всех гранях равномерно, в результате чего происходит задержка в развитии отдельных граней кристалла, что приводит к изменению его формы. Кроме того, замедление скорости роста кристалла сопровождается увеличением числа центров кристаллизации, что способствует измельчению зерна. Хорошими модификаторами II рода в сталях являются На, К, КЬ, Ва, редкоземельные элементы (РЗМ). Алюминиевые сплавы (силумины) приобретают мелкозернистое строение и лучшие механические свойства (повышается пластичность) после обработки сплава в жидком состоянии фтористым натрием (МаР) юти легкоплавким тройным модификатором 25% ХаР+б2,5%ЫаС1+12%КС1. [c.46]

Введение в жидкий металл каких-либо элементов, вызывающих образование зародышей, является процессом инокуляции (модифицирования) металла, а эти элементы являются инокуляторами. Инокуляция может быть осуществлена установкой в форме тонких проволочек или сетки из сталй, по составу близкой к заливаемой. В результате расплавления этих внутренних холодильников получается жидкий металл с небольшим перегревом, содержащий большое число органических зародышей. При его смешении с основным жидким металлом, поступающим в форму, органические зародыши способствуют значительному увеличению количества центров кристаллизации и, следовательно, измельчению строения первичных кристаллов отливки. [c.191]

Таким образом, углерод как фаза, имеющая более высокую температуру перехода в кристаллическое состояние, кристаллизуется в жидком расплаве первым в виде фуллеренов. Одновременно присутствуют фуллерены, перешедшие из кокса в расплав чугуна, а затем, при его переделе, и в расплав стали. Они могут являться центрами кристаллизации для атомов железа (аналогично модификаторам из тугоплавких элементов и их соединений). Это подтверждается выполненными в [8] расчетами критического размера зародыша при кристаллизации железа традиционным методом и с использованием алгоритма самоорганизации структур. [c.102]

Механизм процесса кристаллизации. Основоположник научного металловедения Д. К. Чернов, изучая строение литой стали, установил, что процесс кристаллизации металла складывается из двух элементарных процессов 1) образования центров кристаллизации, или зародышей 2) роста кристаллов из этих центров-зародышей. При температуре кристаллизации в жидком металле сначала образуются центры кристаллизации, вокруг которых группируются атомы и образуют кристаллы правильной геометрической формы. Так как одновременно возникает множество зародышей и рост кристаллов идет по всем натаравлениям, то смежные кристаллы, сталкиваясь между собой, мешают свободному росту каждого. А это приводит к тому, что кристаллы получают неправильную внешнюю форму, несмотря на их правильное внутреннее строение. Кристаллы неправильной формы принято называть кристаллитами, полиэдрами или, чаще, зернами. [c.39]

На реальный процесс кристаллизации металла и размеры получаемых кристаллов в большой степени влияет наличие в жидком металле мельчайших посторонних частиц (неметаллических включений оксидов, нитридов и др. в стали), состояние стенок изложницы или литейной формы, температура жидкого металла в момент разливки, вибрационные и ультразвуковые колебания и другие факторы. Регулируя указанные факторы, можно изменять величину получаемых кристаллов и, следовательно, механические свойства литых металлов. Проведенные опыты и практика показали, что образование центров кристаллизации в основном зависит от наличия в металле примесей и инородных включений. На влиянии примесей на процесс кристаллизации основано широко применяемое в металлургии и литейном производстве модифицирование стали, чугуна, силумина, магниевых и других сплавов. Модифици в 0--. вание состоит в том, что в жидкий металл (сплав) вводятмель- [c.39]

Мелкозернистая корка образуется вследствие сильного переохлаждения тонкого слоя жидкой стали у стенок изложницы, и зерна в этой зоне располагаются неупорядоченно. Замедление теплоотвода после образования корки способствует росту столбчатых зерен. Как правило, столбчатые зерна располагаются по нормали к поверхности изложницы. При встрече фронтов кристаллизации столбчатых зерен (транскристаллизации) снижается прочность слитка на этих участках из-за накопления нерастворимых примесей и включений. Отвод теплоты от металла в изложнице создает условия для кристаллизации центральной части слитка при слабом переохлаждении, практическом отсутствии направленного теплоотвода и малом числе центров кристаллизации. Образующиеся крупнью зерна располагаются беспорядочно (рис. 1.1.1, а). [c.11]

Включения, расположенные равномерно по всему объему металла и представляющие субмикроскопические частицы, приносят наименьший вред, а в ряде случаев являются очень полезными. Например, при производстве термоупрочняемой стали необходимо обеспечить получение мелкого первичного (аустенитного) зерна. Это возможно тогда, когда в жидкой стали перед кристаллизацией содержится большое число мелких и расположенных равномерно по объему неметаллических включений, которые могут служить центром возникновения отдельных кристаллов металла. Как показали исследования последних лет, наилучшие результаты измельчения первичного зерна и термоупрочнения достигаются в том случае, если центрами кристаллизации являются нитриды и карбонитриды. Поэтому существует значительная группа термоупрочняемых сталей, содержание азота в которых специально повышают до 0,015—0,03% и более. [c.282]

В ряде работ [71, 72] подчеркивается, что в люмент образования горячих трещин наличие жидких межкристаллитных прослоек не обязательно. Исследованием процесса кристаллизации металла шва на низкоуглеродистой конструкционной стали с применением модифицированного микроскопа с горячими столом и камерой [101] установлено, что горячие трещины в металле таких швов возникают после того, как затвердевание закончилось. Указывается, что при нагревании такого шва под микроскопом плавление зоны сегрегации серы и фосфора при температуре ниже 1460° С не наблюдалось. В работе [8] расчетным путем установлено, что при однопроходной автоматической сварке нержавеющей аустенитной и углеродистой конструкционной сталей толщиной 2,5 и 10 мм на режимах, обеспечивающих сквозное проплавление, возникновение растягивающих напряжений в шве до завершения кристаллизации может быть только в высоколегированной стали толщиной 10 мм (при температуре 1450° С примерно за 2 с до завершения кристаллизации). Во всех остальных случаях швы начинают испытывать растягивающие напряжения и деформироваться только через несколько секунд после окончания кристаллизации и при значительно более низкой температуре, чем температура солидуса. Отмечается, что чем толще свариваемый металл, тем при более высокой температуре шва возникают в нем растягивающие напряжения и деформации и тем, следователь-но, больше вероятность образования горячих трещин. Склонность к образованию горячих трещин в швах при сварке аустенитных сталей больше, чем при сварке углеродистых конструкционных сталей, так как при одинаковой толщине свариваемого металла температура центра шва, при которой возникают растягивающие напряжения в нем, выше, а время начала возникновения этих напряжений после завершения кристаллизации — меньше в аустенитном металле шва, чем в низкоуглеродистом нелегированном. В этой же работе установлено, что при автоматической сварке с полным проваром аустенитной стали температура в центре шва к началу возникновения растягивающих деформаций выше ( 980° С), чем при ручной сварке (800° С). Следовательно, при использовании одинаковых сварочных материалов (имеются в виду одинаковые химический состав и структура металла шва) вероятность образования в шве горячих трещин при автоматической сварке больше, чем при ручной. [c.285]

При нагреве и охлаждении стали в процессе термической обработки ее структура претерпевает ряд последовательных превращений, которые определяются диаграммой состояния системы Fe-Fe . Следует представлять за символами отдельных фаз и структур реальные кристаллы с особенностями их строения и состава. Для этого необходимо знать механизм кристаллизации и перекристаллизации, который включает образование центров новых кристаллов и их рост в соответствии с температурными зависимостями изобарных потенциалов жидкой G и твердой Gy фаз. В процессе охлаждения стали, нагретой выше температуры аустенитного превращения, происходят фазовые превра1цения в зависимости от скорости охлаждения. При этом при любом виде термической обработки реализуются четыре основных превращения. Рассмотрим эти превращения для звтектоидной стали (содержание углерода 0,8%). [c.160]

Структура слитка спокойной стали (рис. 108). При заполнении изложницы жидким металлом на стейках и дне изложницы с большой скоростью образуется тонкий слой (6—15 мм) мелких кристаллов, ориентированных в разные стороны — корочка. В дальнейшем скорость отвода тепла снижается, что способствует росту кристаллов. Эти кристаллы растут перпендикулярно стенкам изложницы. Образуется зона столбчатых кристаллов крупного размера. По мере роста крупных дендритов направленный теплоотвод в центральных частях слитка ослабевает и в его центре кристаллы растут в разных аправлениях и имеют большие размеры, так как скорость кристаллизации невелика. Появляется центральная зона крупных разноори- [c.224]

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]

Распределение водорода в объеме крупных поковок. Известно, что концентрация водорода по сечению стальных слитков и крупных поковок весьма неравномерна. Сегрегация водорода, очевидно, происходит во время кристаллизации из-за различной растворимости его в жидкой и твердой стали. В процессе охлаждения Металла водород накапливается в незатвердевшей части, т. е. его концентрация к центру и к верхней части слитка должна повышаться в эти же участки оттесняются и неметаллические включения. Поры, микротреш,ины н неметаллические включения определяют неравномерность распределения остаточного водорода внутри слитков и крупных поковок и объясняют локализацию его в местах с наибольшим количеством включений и микропористостью. [c.620]

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]

Таким образом, условия плавления металла влияют на процесс последующей кристаллизации и соответственно на свойства металла сварного шва. Рассматривая влияние условий плавления на последующую кристаллизацию и свойства, необходимо остановиться на роли неметаллических включений и карбидов неизбежно присутствующих в сталях и металле сварочной ванны И те, и другие, сохраняясь после расплавления в жидком металле также могут служить центрами несамопроизвольной кристалли зации. На практике несамопроизвольную кристаллизацию ис пользуют для модификации — измельчения кристаллитов при затвердевании. Модифицирующее действие таких включений сохраняется только в том случае, если они не растворяются в ванне расплавленного металла. В связи с этим представляют интерес температуры плавления и растворения твердых и тугоплавких включений, которые могут находиться в стали при ее нагреве и плавлении. Поведение этих включений при плавлении особенно большое значение имеет для сварки, так как продолжительность пребывания металла при высоких температурах в твердом и жидком состояниях очень невелика. [c.28]

В стабильно-аустенитных сталях с соотношением Сгэ/№э< <1,12 кристаллизация протекает путем выделения из жидкости у-твердого раствора до полного исчезновения жидкой фазы. При большем соотношении Сгэ/М1э<1,3 в интервале температур между ликвидусом и солидусом происходит последовательное выделение из жидкости двух твердых фаз аустенита и междендритного эвтектического феррита, который образуется из последних порций жидкой фазы, обогащенной хромом и никелем по ликвационному механизму. В условиях ускоренного охлаждения при сварке швы СОСТОЯТ из крупнокристаллической матрицы с остаточным ферритом в виде прерывистых выделений по границам дендритных ячеек. Несмотря на наличие этого феррита, стали указанных составов претерпевают по существу однофазную кристаллизацию, что приводит к формированию кр-упных кристаллитов СО слабо развитыми осями второго порядка и со значительно развитой ликвацией. Наиболее крупное кристаллическое строение имеет центр шва, куда в результате конкурентного роста вклинивается и прорастает ограниченное число кристаллитов. [c.264]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...