Формирование структуры металла при кристаллизации

ГЛАВА П. ФОРМИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ [c.24]

На основе численного решения задачи затвердевания (охлаждения) металла и нагрева формы разработаны численные модели формирования качества отливок (структуры металла при самопроизвольном и вынужденном зарождении центров кристаллизации, усадочных пустот, газовых включений, ликвации, напряжений и деформаций, поверхностных дефектов типа механического пригара и др.), используемые для построения рациональной технологии литья и устранения брака отливок. [c.734]

Формирование структуры металла происходит при кристаллизации и последующем охлаждении. В большинстве случаев металл должен иметь мелкозернистое строение. Уясните, какие факторы определяют размер зерна литого металла и какими практическими методами можно регулировать величину зерна. [c.5]

К основным физическим процессам при сварке плавлением относятся электрические, тепловые, механические процессы в источниках нагрева плавление основного и электродного (присадочного) металла, их перемешивание, формирование и кристаллизация сварочной ванны ввод и распространение тепла в свариваемом соединении, приводящее к изменению структуры металла в шве и зоне термического влияния и образованию собственных сварочных деформаций и напряжений. [c.19]

При уменьшении погонной энергии как за счет скорости сварки (рис. 109, кривая /), так и за счет сварочного тока (кривая 2) электрохимическая гетерогенность уменьшалась. Это объяснялось увеличением скорости охлаждения, что вызывало большие отклонения от равновесных условий формирования структуры и оказывало суш,ественное воздействие на процесс кристаллизации сварочной ванны. При этом уменьшалось время пребывания металла в твердо-жидком состоянии, в связи с чем снижалась ликвация элементов, особенно серы и фосфора, что в свою очередь приводило к уменьшению химической неоднородности. Увеличение скорости охлаждения также снижало структурную неоднородность и приводило к изменению структуры. [c.242]

Процесс штамповки - кристаллизация и последующая деформация металла в штампе - определяет качество полученной поковки. При этом важный параметр процесса - время от конца заливки матрицы жидким металлом до начала кристаллизации под необходимым минимальным давлением, а решающее условие получения качественной поковки - это время должно быть больше (или равно) времени подхода пуансона от верхнего исходного положения до закрытия штампа и времени, затрачиваемого на развитие минимально необходимого давления в полости штампа. Кристаллизация под таким давлением -определяющий фактор для формирования мелкозернистой, плотной структуры металла и повышения его механических свойств. Величину давления рекомендуют применять в диапазоне 100. .. 500 МПа, а время выдержки под давлением зависит от сложности и размеров поковки и составляет 2. .. 10 с. [c.103]

Применяя различные технологические приемы, можно изменить количественное соотношение зон или исключить из структуры слитка какую-либо зону вообще. Например, перегрев сплавов перед разливкой и быстрое охлаждение при кристаллизации приводят к формированию структуры, состоящей практически из одних столбчатых кристаллов (рис. 3.7, б). Такая структура называется транскристаллической. Подобную структуру имеют слитки очень чистых металлов. Зона столбчатых кристаллов характеризуется наибольшей плотностью, но в месте стыка столбчатых кристаллов собираются нерастворимые примеси, и слитки с транскристаллической структурой часто растрескиваются при обработке давлением. Транскристаллическая структура, образовываясь в сварных швах, уменьшает их прочность. [c.76]

Формирование структуры при затвердевании металла определяется двумя параметрами кристаллизации скоростью образования центров кристаллизации (ц. к.) и скоростью роста кристаллов в различных зонах слитка. Скорость образования ц. к. характеризуется числом способных расти за счет жидкой фазы кристалликов, появляющихся в единице объема расплава за единицу времени. При этом возможно спонтанное возникновение ц. к. и зарождение их на твердых частичках нерастворимых примесей. Скорость роста определяется скоростью продвижения грани растущего кристалла и зависит от механизма роста, кристаллографического направления, градиента температур и концентраций, что существенным образом отражается на конечной структуре слитка. [c.55]

Все металлы и сплавы в твердом состоянии являются кристаллическими телами. Этим определяются их структура и свойства. Для большинства технологических процессов получения металла, в частности для сварки плавлением, характерно получение кристаллического строения в. результате превращения жидкого металла (сплава) в твердый. Поэтому кристаллизацией называют процесс формирования структуры при затвердевании жидкого металла. [c.123]

При длительном нагреве загрязнения могут диффундировать в соседние слои металла. При неблагоприятном действии среды длительность нагрева уменьшают. Преждевременное снятие давления при точечной сварке сопровождается кристаллизацией с образованием пор, а при стыковой сварке — надрывами. Давление снимают после завершения кристаллизации расплава и охлаждения до температур, при которых упругие напряжения не в состоянии разрушить соединение. В последнем случае полезен дополнительный нагрев. Повышение температуры и давления увеличивает деформацию соединения и ускоряет его формирование. Давление, температура и длительность их действия существенно влияют на структуру соединения. При большом давлении усиливается дробление зерен, а при малом возможны поры. Для их устранения при точечной сварке толстых деталей применяется дополнительная деформация сварного соединения — проковка. [c.18]

Сварку можно выполнять непрерывно горящей или импульсной дугой. Импульсная дуга благодаря особенностям ее теплового воздействия позволяет уменьшить протяженность околошовной зоны и коробление свариваемых кромок, а также сваривать металл малой толщины при хорошем формировании шва. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны при этом способе сварки способствуют дезориентации структуры, уменьшая вероятность образования горячих трещин. Однако эта же особенность может способствовать образованию околошовных надрывов при сварке высоколегированных сталей. Для улучшения формирования корня шва используют поддув газа, а при сварке корневых швов на металле повышенных толщин - специальные расплавляющиеся вставки. [c.375]

Жидкий металл как основной исходный продукт металлургического производства требует детального изучения. Структурное состояние расплавленных металлов и сплавов определяет процессы, протекающие при формировании стального слитка. Исследователи и практики проявляют большой интерес к результатам исследования структуры и свойств жидкости, пытаясь установить связь характеристик расплава с параметрами кристаллизации. Однако и в учебной, и в оригинальной литературе эти вопросы не всегда изложены достаточно подробно. [c.10]

Режим сварки, главным образом скорость сварки и величина погонной энергии, оказывает существенное влияние на формирование сварного шва и его механические свойства (табл. 6). При сварке на скоростях порядка 20—40 м ч швы формируются нормально, очертания их плавны. Увеличение скорости до 70 м1ч и выше может вызвать образование подрезов по краям шва. Снижение пластичности металла швов, сваренных на скорости 20 м/ч, можно объяснить более грубой структурой и неблагоприятной схемой кристаллизации. [c.123]

Измельчение первичной структуры и изменение характера первичной кристаллизации подавлением столбчатой структуры могут повысить стойкость металла шва против образования горячих трещин. Меры подавления столбчатой структуры уже рассматривались в гл. XIX Образование первичной структуры и формирование металла сварного шва . Следует отметить, что увеличение скорости кристаллизации путем уменьшения объема сварочной ванны не дает существенного эффекта, так как снижает производительность сварки и уменьшает прочность сварного шва при остывании. Наклеп кромок связан с технологическими трудностями и не позволяет получить достаточного глубокого наклепанного слоя. Эффективно введение модификаторов через сварочную проволоку, флюс или покрытие. [c.555]

При сварке плавлением соединение деталей достигается путем локального расплавления металла свариваемых элементов — основного металла — по кромкам в месте их соприкосновения или основного и дополнительного металлов и смачивания твердого металла жидким. Расплавленный основной или основной и дополнительный металлы самопроизвольно (спонтанно) без приложения внешнего усилия сливаются, образуя общую так называемую сварочную ванну. По мере удаления источника нагрева происходит затвердевание — кристаллизация металла сварочной ванны и формирование шва, соединяющего детали в одно целое. Металл шва при всех видах сварки плавлением имеет литую структуру. [c.6]

Режим электролиза оказывает влияние на структуру осадков хрома. Как установлено В. И. Архаровым, в зависимости от условий электроосаждения кристаллизация хрома происходит в двух основных формах в виде пространственно центрированной кубической решетки (устойчивая форма) и в виде гексагональной ре-., шетки (неустойчивая форма). В процессе формирования осадка на катоде гексагональный хром преобразуется в кубический наряду с этим из кристаллической решетки выделяется некоторое количество атомарного водорода. Происходящее преобразование сопровождается уменьшением объема кристаллов (до 15 % объема), вследствие чего возникает сжатие хромового покрытия и образование в нем растягивающих остаточных напряжений. Величина напряжений в покрытии возрастает по мере увеличения его толщины. Когда величина напряжения превысит предел прочности хрома, последний растрескается и покроется тончайшими трещинами. При дальнейшем осаждении металла последующие слои хрома под влиянием возникших в них напряжений растрескаются так же, как и предыдущие. Поэтому хромовое покрытие состоит из большого числа слоев, в которых трещины перекрывают друг друга. При увеличении температуры электролита количество гексагонального хрома в осадке уменьшается и, как следствие этого, уменьшается количество трещин в хромовом покрытии. Блестящие осадки хрома имеют густую сетку трещин, которая постепенно уменьшается по мере перехода к молочным осадкам. Хромовые [c.39]

В книге рассмотрены влияние давления на критические точки некоторых металлов и сплавов, фазовые равновесия и параметры кристаллизации, а также газоусадочные процессы в сплавах и литых заготовках. Показаны особенности затвердевания, протекания усадочных процессов, формирования структуры и свойств металлов и сплавов в слитках и отливках при кристаллизации под всесторонним газовым и механическим давлением. [c.2]

Чем выше температура плавления металла при атмосферном давлении, тем меньше значения dTjdP. Следовательно, при одинаковом давлении температура плавления отдельных металлов повысится на различные абсолютные величины, что в свою очередь повлияет на переохлаждение расплава во время кристаллизации, формирование структуры и свойств. [c.13]

Закономерности в формировании структуры слитков из латуни ЛМцА57-3-1 при кристаллизации под поршневым давлением справедливы и для других металлов и сплавов. [c.112]

Классификация способов литья по стойкости форм достаточно полно отражает существо явлений, происходящих при взаимодействии металла и формы. Взаимодействие металла и формы (тепловой и газовый обмен, условия кристаллизации сплава в форме, условия для заполнения формы металлом и ряд других) имеет решающее значение для формирования структуры и поверхности от-ливкп, а следовательно, их физических и эксплуатационных свойств. [c.190]

Наряду с химическим составом в формировании структуры швов существена роль теп-лофизических условий кристаллизации. Она состоит в их влиянии на зарождение, форму кристаллитов и физико-химическзте неоднородность. Для аустенитных сталей, не претерпевающих перекристаллизации при нагреве, весьма важны исходная структура стали, степень нагартовки и размер зерна. Выросшие на этапе аустенитизации либо сварочного нагрева зерна частично оплавляются на линии сплавления и служат плоскими зародышами для кристаллизации металла (см. рис. 10.13, а). Рост этих зародышей происходит на конкурентной основе, когда благоприятно ориентированные зародыши увеличиваются, укрупняя зернистую структуру в центре шва (см. рис. 10.13, б). Направление роста кристаллитов зависит от режима сварки и формы сварочной ванны. [c.54]

Таким образом, в структуре жидких металлов и сплавов, в том числе в жидком чугуне, есть только движущиеся кластеры и пустоты. В сплавах кластеры могут быть весьма разнообразны по параметрам, они могут взаимодействовать и образовывать в жидкости лабильные объединения кластеров вплоть до частичного расслоения расплавов по плотности. Благодаря микронеоднородной структуре жидких сплавов, наличию в них кластеров различного состава, в свою очервщ,, при кристаллизации происходит формирование двухфазного состояния, ликвидуса и солидуса, так как кластеры различного состава кристаллизуются при различных температурах. [c.416]

Большой практический интерес представляет механизм движения в жидких едах, подвергающихся вибрации. Явление локализации частиц в колеблющихся средах может быть использовано при решении задач вибрационной технологии по удалению неметаллических включений и газов из расплавленных металлов. Динамические йоздействия жидкой среды на ветви растущих дендритов при кристаллизации сплавов и формирование кристаллических структур имеют большое значение при создании новых принципов литья. [c.37]

При этом методе объем лунки остается постоянным, как и температура жидкой фазы, в течение всего периода обработки. Поэтому этот метод лишен недостатков, присуш их способу введения ультразвуковых колебаний в верхнюю часть кристаллизуюш егося в изложницах слитка. Условия обработки колебаниями в данном случае существенно отличаются от условий при обработке слитка, отливаемого в стационарных изложницах а) в каждый момент обрабатывается не весь объем вытягиваемого слитка, а лишь некоторая небольшая его часть, и именно та, которая кристаллизуется б) положения уровня и нижней границы жидкого металла остаются постоянными (в допускаемых пределах колебаний) в течение всего времени вытягивания слитка. Процесс воздействия по существу сосредоточен у границы жидкой и твердой фаз, поэтому механизм, определяющий воздействие ультразвука на формирование структуры слитка, в данном случае определяется описанными ранее процессами на фр >пте кристаллизации. [c.493]

Таким образом, процессы кристаллизации металла шва при сварке монтажных стыков неповоротных трубопроводов в трассовых условиях при низких температурах окружаюш ей среды имеют большое значение в формировании структуры сварного соединения, в лияюш ей на его механические и служебные свойства. [c.45]

Формпрованпе структуры металла шва определяется его химическим составом и условиями кристаллизации. Развитие ликвационных процессов при кристаллизации металла шва способствует формированию структурной неоднородности. [c.47]

Субмикроскоиические и микроскопические продукты взаимодействия типа нитридов, окислов, гидридов, сульфидов и других химических соединений, имеющие большую прочность и высокую температуру плавления, образуются в первый период кристаллизации и во многих случаях благоприятно влияют на формирование мелкокристаллической структуры поверхностного слоя и, следовательно, на нейтрализацию и уменьшение вредного влияния дислокаций и вакансий на свойства отливки. Поскольку в первый период кристаллизации в жидком металле имеются интенсивные потоки, т. е. сильно развита диффузия элементов, в зоне контакта создаются исключительно благоприятные условия для протекания избирательной кристаллизации. В этих условиях центрами кристаллизации могут быть кроме активных участков покрытий тугоплавкие компоненты жидкого металла и химические соединения (MeN, MeS, MeO и др.), образовавшиеся при взаимодействии жидкого металла с покрытием формы. [c.46]

При литье сплава с кристаллизацией под давлением за счет пластической деформации происходит залечивание межкристаллических и сжатие газовоздущных пор, что обеспечивает получение более плотной отливки. Высокие скорости кристаллизации и механическое воздействие обеспечивают формирование мелкокристаллической структуры и устранение газоусадочной пористости. Снижение степени развития ликвационных процессов способствует более равномерному распределению неметаллических включений. Все это приводит к повышению плотности и комплекса механических свойств металла отливок увеличению прочности (в 1,5 раза), пластичности и ударной вязкости (в 2—4 раза) по свойствам такие отливки приближаются к поковкам. [c.348]

Электрошлаковые печи. При элек-трошлаковом литье(ЭШЛ) переплавляемого электрода в фасонном водоохлаждаемом кристаллизаторе жидкий металл с торца оплавляемого электрода, погруженного в шлаковую ванну, передается в виде капель в литейную форму, которая является местом для приготовления расплава и формирования отливки (рис. 13). При ЭШЛ исключаются взаимодействия металла с материалом формы и газовой средой. В шлаковой ванне из металла удаляются кислород, водород и неметаллические включения. Вокруг кристаллизующейся отливки создается тонкая пленка гарнисажа. При этом виде литья нет надобности в плавильной и раздаточной печах, разливочном ковше, формовочных смесях. Условия кристаллизации металла позволяют получать отливку с тонкой структурой, без пор и усадочной раковины. [c.297]

Формирование при нагревании новой, свободной от напряжений зеренной структуры хо-лоднодеформированного металла. (2) Изменение кристаллической структуры при нагревании выше (ниже) критической температуры. (3) Физический процесс, при котором одна кристаллическая разновидность вырастает за счет другой или других таких же по природе, но меньших по размеру. См. также rystallization — Кристаллизацию. [c.1027]

Таким образом, анализируя механизм формирования структурных зон в слитке и причины появления наиболее распространенных дефектов, можно наметить пути получения качественного слитка. Чем больше загрязнен металл, тем в большей степени свойства его зависят от величины зерна. Наилучшие свойства обеспечивает слиток с однородной плотной мелкозернистой структурой и равномерным распределением примесей и дислокаций по объему. В этом плане идеальной была бы равноосная мелкозернистая структура, при которой однородность рассредоточения примесей максимальна, а вероятность возникновения напряжений, связанных с различной ориентацией и зачастую превышающих силы сцепления [85], минимальна. Но практически получить слиток с подобной структурой удается в очень редких случаях. Легче регулировать соотношение структурных зон и величину зерна в каждой из них. Наружная зона замороженных кристаллов (если она образуется) из-за наличия поверхностных дефектов часто удаляется либо механическим путем, либо окислением в нагревательных колодцах. Центральная равноосная зона во многих случаях разнозерниста, загрязнена примесями и поражена пористостью. Для ее улучшения пытаются использовать различные методы воздействия на процесс кристаллизации слитка. Столбчатая зона более однородна, если границы кристаллов не обогащены хрупкими фазами. При направленной кристаллизации непрерывного плоского слитка можно получить однородную плотную столбчатую структуру. Желательно иметь тонкие кристаллы, приближающиеся к нитевидным (Е. И. Гиваргазов, Ю. Г. Костюк [84, с. 242—249]), с малой плотностью дислокаций, и чтобы границы их не были обогащены хрупкой составляющей. Чем тоньше столбчатые кристаллы, тем более равномерно распределены примеси в слитке. При помощи модификаторов можно получать слитки, состоящие из тонких столбчатых кристаллов, регулировать соотношение зон и величину зерна в них. Модифицирование, кроме того, оказывает влияние на дегазацию и повышение механических свойств, что приводит к уменьшению пористости и трещин в слитке. [c.106]

При ионной бомбардировке и распылении поверхности ионами с энергией (1,6—2,4)10 кДж наблюдается преимущественное травление границ зерен подложки и одновременно конденсация микрокапельной фазы. Капли металла, конденсирующиеся на начальной стадии процесса практически на холодную основу, имеют низкую прочность сцепления, так как их скорость невелика, а диффузионные процессы недостаточно эффективны. Вместе с тем формирование слоя на начальной стадии нанесения покрытий в значительной мере определяет свойства и структуру покрытия в целом. При дальнейшей ионной бомбардировке стимулируются диффузионные процессы как за счет температуры, так и вследствие импульса энергии ионной компоненты. В результате конденсированные на стадии ионной бомбардировки макрочастицы прочно сцепляются с основой и становятся центрами, кристаллизации для осаждающего потока частиц в режиме конденсации. На рис. 4.5 показана структура островка —йанли катодного материала, осажденной в режиме ионной бомбардировки. Из рисунка видно, что островок имеет мелкокристаллическую структуру, а зерна — неправильную форму, содержат больщое число дефектов, что связано, очевидно, с высокой скоростью охлаждения и кристаллизации, диффузией и взаимодействием с материалом основы и частицами органических загрязнений, присутствующими на поверхности. [c.123]

Нами неоднократно изут1алось влияние состояния поверхности на процесс образования и свойства фосфатной пленки. Установлено, то из минеральных кислот наиболее сильное действие на повышение шероховатости и бпд, а также на увеличение продолжительности выделения водорода во время фосфатирования оказывает предварительная обработка металла в азотной кислоте. Предварительное травление образцов стали в 10—15%-ной НКОд в течение 15 мин способствует образованию фосфатной пленки толщиной в 100—150 мкм. На увеличение б л микрогеометрию ее и продолжительности выделения водорода оказывает влияние продолжительность обработки металла в кислоте с увеличением времени травления значения указанных характеристик сначала возрастают, а затем уменьшаются. Для 10% раствора Н2804 (50 °С) оптимальная продолжительность предварительного травления составляет 20 мин, а для азотной кислоты 10—15 мин. Наблюдаемый максимальный эффект травления, по-видимому, является следствием постепенного уменьшения числа активных участков и центров кристаллизации на его поверхности, что способствует формированию крупнокристаллической фосфатной пленки. При более длительном травлении металла на его поверхности начинает увеличиваться количество выделяющихся при этом нерастворимых частиц — карбидов, неметаллических включений, образующих так называемые фильмы загрязнений , способствующие образованию пленки с меньшей толщиной и микрогеометрией поверхности (кристаллической структуры). [c.101]

Газоэлектрическая сварка используется в нескольких вариантах а) неплавящимся вольфрамовым электродом непрерывно горящей или импульсной дуго11 [68] б) плавящимся металлическим электродом. Первый вариант процесса применяется для выполнения протяженных швов на относительно тонкостенных элементах, стыковых соединений труб небольшого диаметра (примерно до 60 мм), а также для наложения корневых валиков в разделке при выполнении сварки толстостенных элементов. В качестве защитной среды преимущественно исполь-.чуется аргон иногда с добавкой водорода. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны прп импульсно-дуговой сварке позволяют улучшить формирование шва, способствуют дезориентации столбчатой его структуры, а также уменьшить тепловое воздействие на околошовные зоны. Последнее обстоятельство приводит к минимальному короблению свариваемых кромок, отсутствию провисания зоны проплавления, а также повышает сопротивляемость шва образованию горячих (кристаллизационных и полигонизационных) трещин. Однако и.м-пульсный процесс сварки некоторых аустенитных (в особенности, литых) сталей может повести к образованию околошовных надрывов. [c.96]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...