Будова зливка

З підручника А.П.Гуляєва "Металознавство"

Раніше відзначалося, що реальний процес кристалізації ускладнюється впливом побічних факторів (див. п. 4). Поєднання впливу цих привнесених факторів (часто не піддаються точному обліку) із загальними законами кристалізації та визначає особливості будови сталевого зливка.

Опис будови сталевого зливка вперше дано у 1878 р. Д.К. Чорновим. Інші характерні риси у будові литого металу було відзначено тоді Д.К. Черновим, хоча численні подальші дослідження розкрили багато нових деталей.

Структура литого зливка складається із трьох основних зон (рис. 34). Перша зона - зовнішня дрібнозерниста кірка 1, що складається з дезорієнтованих дрібних кристалів - дендритів. При першому зіткненні зі стінками виливниці в тонкому шарі прилеглого рідкого металу виникає різкий градієнт температур і явище переохолодження, що веде до утворення великої кількості центрів кристалізації. В результаті кірка отримує дрібнозернисту будову.

Мал. 34. Схема будови сталевого зливка 1 - дрібнозерниста кірка, 2 - зона стовпчастих кристалів, 3 - зона рівноосних кристалів.

2. Після утворення самої кірки умови тепловідведення змінюються (через тепловий опір, через підвищення температури стінки виливниці та інших причин), градієнт температур у прилеглому шарі рідкого металу різко зменшується і, отже, зменшується ступінь переохолодження сталі. В результаті з невеликої кількості центрів кристалізації починають рости нормально орієнтовані до поверхні кірки (тобто в напрямку відведення тепла) стовпчасті кристали.

Третя зона зливка -зона рівнооснихкристалів3. У центрі зливка вже немає певної спрямованості віддачі тепла. «Температура застигаючого металу встигає майже зовсім зрівнюватися в різних точках і рідина звертається як би в кашоподібний стан, внаслідок утворення різних її точках зачатків кристалів. Далі зачатки розростаються осями - гілками у різних напрямах, зустрічаючись друг з одним» (Чернов Д.К.) У результаті процесу утворюється рівноосна структура. Зародками кристала тут є зазвичай різні найдрібніші включення, що присутні в рідкій сталі, або випадково в неї потрапили, або не розчинилися в рідкому металі.

У зоні стовпчастих кристалів метал більш щільний, він містить менше раковин та газових бульбашок. Однак місця стику стовпчастих кристалів мають малу міцність.

Кристалізація, що призводить до стику зон стовпчастих кристалів, зветьсятранскристалізації.

Ступінь розвитку стовпчастих кристалів варіюватиметься головним чином залежно від хімічного складу металу, ступеня його перегріву, від розміру злитка, швидкості розливу, форми виливниці та товщини, а також температури її стінок. Ці фактори будуть впливати на швидкість тепловідведення та утворення великих або менших градієнтів температур всередині об'єму сталі, що кристалізується, і т.д. Підвищення ступеня перегріву та збільшення швидкості охолодження зливка сприяє збільшенню частки стовпчастих кристалів і може повести до повної транскристалізації, як це показано на рис. 35 а; при дещо уповільненому охолодженні в центрі злитка утворюється зона рівноосних кристалів (рис. 35 б).

Мал. 35. Транскристалієація зливка алюмінієвої бронзи

Мал. 36. Розташування усадковоїраковини та порожнин у зливках спокійної (а) та киплячої (б) сталей

Рідкий метал має більший об'єм, ніж закристалізувався, тому залитий у форму метал у процесі кристалізації скорочується в об'ємі, що призводить до утворення порожнин, званих усадковими раковинами; усадкові раковини можуть бути сконцентровані в одному місці, або розсіяні по всьому об'єму зливка або його частини. Вони можуть бути заповнені газами, розчинними в рідкому металі, але що виділяються при кристалізації. У добре розкисленій так званійспокійній сталі, відлитій у виливницю з утепленою надставкою, усадкова раковина утворюється у верхній частині зливка, і в обсязі всього зливка міститься мала кількість газових бульбашок і раковин (рис. 36,а). Недостатньо розкислена, так звана кипляча сталь, містить раковини і бульбашки у всьому обсязі (рис. 36, б). Спокійний метал тому щільніший, ніж киплячий.

Форма первинних кристалів (дендрити) після гарячої механічної обробки тиском (ковка, пресування, прокатка і т.д.) видозмінюється. Дендрити витягуються вздовж напрямку течії металу і перетворюються на волокна. В результаті виникає відмінність у властивостях вздовж прокату (вздовж волокна) та поперек. (Анізотропія властивостей деформованих виробів сильно залежить від наявності неметалевих включень, що розташовуються при деформації в рядки, що йдуть вздовж волокон.)

На рис. 37 наведена макроструктура штампованого клапана, на якому видно розподіл волокон вздовж контуру виробу. Таке розташування волокон є найкращим і слід прагнути куванням досягти саме такого розподілу, уникаючи перерізаних волокон. (Точніше, слід прагнути до того, щоб розташування волокон збігалося з напрямком головних зусиль у деталяхпри роботі.)

Мал. 37. Макроструктура штампованого клапана

Використана публікація: Гуляєв А.П. Металознавство. Підручник для втузів. 6-те вид., перероб. та дод. М: Металургія, 1986. 544 с. стор. 47 – 49.

Web-сайт "Терміст" (termist.com) Термомеханічне зміцнення арматурного прокату

Відсутність посилання на використаний матеріал є порушенням заповіді "Не вкради"

---