Форма кристалів та будова злитків - Студопедія
Форма та розмір зерен, що утворюються при кристалізації, залежать від умов їх зростання, головним чиномвід швидкості та напрямку відведення теплоти та температури рідкого метал а, а такожвід вмісту домішок.
Зростання зерна відбувається задендритною (древоподібною)схемою, представленою на рис. 5.8. Встановлено, щомаксимальна швидкість зростання кристалів спостерігається за такими площинами та напрямками, якімають найбільшу щільність упаковки атомів. В результаті виростають довгі гілки, які називаються осями першого порядку1. У міру зростання на осях першого порядку з'являються і починають зростати гілки другого порядку2, від якихвідгалужуються осі третього порядку3і т.д. д.В останню чергу йде кристалізація в ділянках між осями дендритів.
Дендрити ростуть до тих пір,поки не стикаються між собою. Після цьогоостаточно заповнюються міжвісні простори, ідендрити перетворюються на повноважні кристали з неправильним зовнішнім огранюванням .
Такікристали називаютьзернами абокристалітами.При нестачі рідкого металу для заповнення межосных просторів (наприклад, на відкритій поверхні зливка або в усадковій раковині)кристал зберігає дендритну форму.На межах між зернами в ділянках між осями дендритів накопичуються домішки.
Хімічна неоднорідність, аболіквація, виникає внаслідок зменшення розчинності домішок у металі, при йогопереході з рідкого стану в твердий. Крім того, між осями дендритів з'являються пори через усадку і труднощів підходу рідкого металу до фронту кристалізації.
Мал. 4.8. Схеми освіти та будови дендритів
Хімічна неоднорідність, аболіквація, виникає внаслідок зменшення розчинності домішок у металі, при його переході з рідкого стану у твердий. Крім того, між осями дендритів з'являються пори через усадку і труднощів підходу рідкого металу до фронту кристалізації.
Умови відведення теплоти при кристалізації значно впливають на форму зерен.Кристали ростуть переважно в напрямку, зворотному відводі теплоти. Томупри спрямованому тепловідводі утворюються витягнуті (стовпчасті) кристали. Якщо теплота від кристала, що росте, відводиться у всіх трьох напрямках з приблизно однаковою швидкістю, формуються рівноосні кристали.
Структура злитка залежить від багатьох факторів, основні з яких такі:кількість і властивості домішок у чистому металі або легуючих елементів у сплаві, температура розливу, швидкість охолодження при кристалізації, а також конфігурація, температура, теплопровідність, стан внутрішньої поверхні ливарної форми. На рис. 4.9 наведено схеми макроструктур злитків, отриманих у простій вертикальній металевій формі.
Типова структура зливу сплавів, наведена на рис. 4.9,а, складається з трьох зон . Рідкий метал? насамперед переохолоджується у місцях зіткнення з холодними стінками форми.Великий ступінь переохолодження сприяє утворенню на поверхні зливка зони1дрібних рівноосних кристалів. Відсутність спрямованого зростання кристалів цієї зони пояснюється їх випадковою орієнтацією, яка є причиною зіткнення кристалів і припинення їх зростання.Орієнтація кристалів, своєю чергою,залежить стануповерхні форми (шорсткість, адсорбовані гази, волога) танаявності в рідкому металі оксидів, неметалевих включень. Ця зона дуже тонка і не завжди помітна неозброєним оком.
Мал. 5.9. Схеми макроструктур злитків:а- типова;б- транскристалічна;в– однорідна дрібнозерниста
Потімвідбувається переважне зростання кристалів,найбільш сприятливо орієнтованих по відношенню до тепловідведення. Так утворюєтьсязона2 (рис. 4.9,а)стовпчастих кристалів, розташованихнормально до стінок форми. Нарешті, всередині зливка, де спостерігається найменший ступінь переохолодження і не відчувається спрямований відвід теплоти, утворюються рівноосні кристали великих розмірів (зона3на рис. 4.9,а).
Застосовуючи різні технологічні прийоми, можна змінити кількісне співвідношення зон або виключити зі структури зливка якусь зону взагалі. Наприклад,перегрів сплавів перед розливанням ішвидке охолодження при кристалізації призводятьдо формування структури, що складається практично з одних стовпчастих кристалів (рис. 4.9, б). Такаструктура називаєтьсятранскристалічної.Подібну структуру мають зливки дуже чистих металів.Зона стовпчастих кристалів характеризується найбільшою щільністю, алеу місці стику стовпчастих кристалів збираються нерозчинні домішки і зливки з транскристалічною структурою часто розтріскуються при обробці тиском. Транскристалічна структура, утворюючись у зварних швах, зменшує їхню міцність.
Низька температура розливу сплавів, продування рідкого металу інертними газами, вібрація, модифікація призводять до зменшення і навіть зникнення зонистовпчастих кристалів та отримання злитків зі структурою, що складається з рівноосних кристалів (рис. 4.9,в).
У верхній частині злитка, яка твердне в останню чергу,концентрується садибна раковина. Під усадковою раковиною метал виходить пухким, у ньому міститься багато усадочних пір.Частину зливка з усадковою раковиною і пухким металом відрізають.
Якісна структура формується при безперервному розливанні. У цьому випадку рідкий метал надходить з печі через спеціальний пристрій безпосередньо в водоохолоджуваний кристалізатор, а затверділий метал безперервно витягується з протилежного кінця кристалізатора.При цьому литий метал відрізняється високою пластичністю та дрібнозернистою структурою, наближаючись за якістю до деформованого металу.
Застосування цього способу розливання дозволяє автоматизувати та механізувати технологічний процес, скоротити виробничі площі, повністю виключити застосування виливниць, розвантажити обтискне обладнання, полегшити працю обслуговуючого персоналу, збільшити вихід придатного металу внаслідок заповнення рідким металом усадкової раковини. Усе це призводить до зменшення собівартості металу.
Будування сталевих злитків. На будову сталевого злиткавеликий вплив має ступінь розкислення сталі.
За ступенем розкислення та характером затвердіння стали класифікують на спокійні, напівспокійні та киплячі.
Розкислення проводиться для запобігання крихкому руйнуванню сталі при гарячій деформації. Для розкислення кремній та марганець вводять у сталь у вигляді феросплавів, алюміній – у чистому вигляді.
Киплячі стали розкислюють тільки феромарганцем. У таких сталях залишається розчинений FеО та при кристалізаціїтриває процес кипіння за реакцією
Перед розливом киплячі сталі містять підвищену кількість кисню, який видаляється у вигляді СО. Виділення бульбашок СО створює враження кипіння сталі, із чим і пов'язано її назву.
Киплячі стали дешеві. Їх виробляють низьковуглецевими та практично без кремнію (Si ≤ 0,07 %), але з підвищеною кількістю газоподібних домішок.Газові бульбашки залишаються в тілі зливка і заварюються при наступній прокатці.Кипляча сталь дає найвищий вихід придатного металу.
Напівспокійні сталі за ступенем розкислення займають проміжне положення між спокійними і киплячими.
Спокійна сталь (рис. 4.10,а,г) містить мало кисню і твердне без виділення газів, у верхній частині злитка утворюється садинна раковина1, а в середній - Усадкова осьова пухкість.
Для усунення усадкових дефектів зливки спокійної сталі відливають з прибутком, який утворюється за допомогою надставки на виливницю. Стінки надставки футеровані вогнетривкою масою малої теплопровідності.
Тому сталь у прибутку довгий час залишається рідкою і живить злиток, а садинна раковина розташовується в прибутку.
У злитках окропу (рис. 4.10,б,д) не утворюється садинна раковина: усадка сталі розосереджена по порожнинах газових бульбашок, що виникають при кипінні сталі у виливниці.Під час прокатування зливка газові бульбашки заварюються.Кипіння сталі впливає на зональну ліквацію в злитках, якарозвинена в них більше, ніж у зливках спокійної сталі. Вуглець, сірка і фосфор потоком металу виносяться у верхню частину злитка, оскільки в донній ліквація мала.Для зменшення ліквації кипіння після заповнення виливниці припиняють,накриваючи зливок металевою кришкою («механічне закупорювання»), або розкислюють метал алюмінієм або феросиліцієм у верхній частині злитка («хімічне закупорювання»).
Злиток окропу має наступну будову (рис. 4.10,б):щільну зовнішню кірку А без бульбашок, з дрібних кристалітів;зону стільникових пухирів П,витягнутих до осі зливка і розташовуються між кристаллітами Б; зону В неорієнтованих кристалів; проміжну зону З; зону вторинних круглих бульбашок К і середню зону Д з окремими бульбашками, яких більше у верхній частині злитка.
Мал. 4.10. Схема будови сталевих зливків
Напівспокійна сталь (рис. 5.10,в,е) частково розраховується в печі та ковші, ачастково – у виливниці.Злиток напівспокійної сталі має в нижній частині структуру спокійної сталі,у верхній - киплячій.Ліквація у верхній частині злитків напівспокійної сталі менше, ніж у киплячої, іблизька до ліквації спокійної сталі.Зливки напівспокійної сталі не мають усадкової раковини.
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком: