Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
79
Эксперименты, аналогичные проведенным для определения условий образования ячеистой структуры, были поставлены и для определения условий, необходимых для начала дендритного роста [13]. На фото 8 приведена структура фронта кристаллизации в образцах, кристаллизовавшихся при условии фиксиров энного С о, а отношение GJR1/2 изменялось от образца к образцу. С уменьшением GlIR''' ячейки становятся неустойчивыми, и их границы начинают искривляться, пока при определенном значении GlIR''' не начнется образование на них ветвей и они не превратятся в настоящие дендриты.
Этот переход можно также наблюдать по виду ветвей на верхней свободной поверхности кристаллов, представленной на фото 9, где приводится ячеистая структура (а) и дендритная структура (б) [14].
Выяснение точной связи между условиями кристаллизации и началом дендритного роста было проведено в экспериментах со сплавами ряда бинарных систем. Результаты опытов сведены на графике, представленном на фиг. 38, где сопоставляется структура фронта кристаллизации с условиями роста кристаллов. Параметр GJR'!>, определяющий условия роста, выбран таким для того, чтобы получить на графике линейную зависимость; дендритный рост имеет место при
Gl AC0
-/Щ <-7—• (7-2)
kO
где А — экспериментально определяемая постоянная.
Из полученных данных следует, что величина А мало зависит от природы сплава. В общем случае можно сказать, что дендритный рост преобладает над ячеистым при таких условиях кристаллизации, когда отношение GJR'1' мало, а величина C0 велика; выполнение этих двух условий приводит к увеличению концентрационного переохлаждения.
В рассмотренных выше положениях, касающихся перехода от ячеистой структуры к дендритной, предполагалось, что &0<1 и что Colko является параметром, характеризующим понижение температуры ликвидус, выраженное через концентрацию примеси, скапливающейся у фронта кристаллизации. Если &0>1, жидкость 80
Г лава 10
у фронта кристаллизации обеднена примесью, Co/k0<CQ и полученные для этих систем данные не могут быть нанесены на график, приведенный выше. В этом случае необходимо ввести «эквивалентное» k3, выбранное таким образом, чтобы выполнялось соотношение Co/k3>Ci).
5,0
«4,0 в -О
а
а 3.0
є
о
^ 2,0 ?
10
О _і_і_і_
WO 300 500
град сек"г/смш
Фиг. 38. Условия перехода от ячеистой к дендритной структуре в сплаве олова со свинцом.
Это «эквивалентное» k3 может быть получено следующим образом:
2*0 1 ' ^7"3)
§ 3. Дендритные структуры в сплавах
В общих чертах дендритная структура в сплавах похожа на структуру дендритов в чистых металлах, за исключением того, что в дендритах сплавов имеется субструктура, напоминающая ячеистую. Образование такой субструктуры на дендритах, растущих в расплаве, содержащем некоторое количество примеси, находится в Структура роста в сплавах
81
соответствии с теорией. Ветвь дендрита отталкивает атомы примеси так же, как и плоский фронт кристаллизации; скопление примеси и существующее концентрационное переохлаждение приводят к образованию ячеек на ветвях дендритов.
Несмотря на то что дендритная структура в сплавах наблюдалась сравнительно давно, существует весьма небольшое число исследований, в которых устанавливались бы количественные закономерности, касающиеся связи скорости роста, разветвленности и других особенностей дендритной структуры, с величиной переохлаждения. Однако известно, что скорость роста дендритов в сплавах значительно меньше, чем в чистых металлах при одной и той же степени переохлаждения; это, очевидно, связано с тем, что некоторое количество примесей должно отводиться от движущейся вершины дендрита. Хотя не существует достаточно надежных данных, тем не менее можно сказать, что разветвленность дендритов увеличивается с ростом переохлаждения. Это следует из того, что с увеличением переохлаждения размеры дендритов возрастают, а следовательно, они становятся более разветвленными.
§ 4. Преимущественная ориентировка кристаллов в сплавах
Недавно проведенные эксперименты дают основание предположить, что наблюдаемая преимущественная ориентировка кристаллов в слитках сплавов связана с дендритным ростом, хотя в некоторой степени она может проявляться в случае ячеистого роста и при образовании плоского фронта кристаллизации. Образование преимущественной ориентировки кристаллов в слитках сплавов при дендритном росте может быть подтверждено отклонением границы зерен при различном направлении дендритного роста в соседних зернах. При росте «расходящихся» дендритных систем в соседних зернах дендриты удаляются друг от друга, вследствие чего вблизи границы зерен должны образовываться новые дендриты. Эти новые дендриты образуются таким образом, что зерно с системой дендритов, направленных
6 У. Вайнгард 82
Г лава 10
вдоль теплового потока, перемещается в сторону и вытесняет менее благоприятно ориентированное зерно; схематически это показано на фиг. 18 (стр. 43).
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Rutter J. W., в сб. «Liquid Metals and Solidification», Cleveland, 1958, p. 243. (Имеется перевод в сб. «Жидкие металлы и их затвердевание», M., 1962, стр. 272.) Winegard W. G., Met. Rev., 6 (21), 57 (1961).
