Введение в физику кристализации металлов - Вайнгард У.
Скачать (прямая ссылка):
*М а л л и и Дж. У., Кристаллизация, M., 1965.
*Б и р м а и Б. И., в сб. «Рост кристаллов», т. 7, изд-во «Наука», 1967 (в печати).
*Е с и и В. О., Романов Е. П., Смирнов Jl. В., в сб. «Рост кристаллов», т. 7, изд-во «Наука», 1967 (в печати). Глава 13
НЕКОТОРЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Как отмечалось в гл. 1 настоящей книги, для инженера и исследователя весьма важно получить в твердом состоянии металл, однородный по химическому составу, не содержащий значительных дефектов и обладающий определенными, одинаковыми по всему объему, физическими и механическими свойствами. В связи с этим представлялось целесообразным изложить в простой форме теорию кристаллизации, знание основ которой весьма полезно студентам, ученым в лаборатории и инженерам на производстве. Сложные вопросы, такие, как образование дислокации в кристаллах, методы получения качественных отливок, не были, да и не должны были быть рассмотрены, как выходящие за рамки данной монографии. Однако желательно разобрать три — четыре специальных вопроса, представляющих интерес для практики, чтобы показать, как теория кристаллизации может быть использована для нужд практики. Эти вопросы выбраны лишь в качестве иллюстрации, и это вовсе не означает, что только в этих случаях теория может быть полезна для практики. Все выбранные вопросы являются общими для большинства процессов литья; читатель должен быть более или менее знаком с основами литейного дела, прежде чем приступить к рассмотрению изложенных ниже вопросов.
§ 1. Образование усадочной пористости
Получение отливки высокого качества было бы весьма легкой задачей, если бы при кристаллизации большинства металлов и сплавов не происходила усадка. Так как для детального изложения процессов
10* 148
Г лава 10
образования усадочной пористости и анализа всех факторов, связанных с проблемой заполнения формы, требуется несколько глав, то здесь будет рассмотрен только один аспект этой проблемы, относящийся к образованию микропористости между дендритами.
На фиг. 77 схематически изображены три возможных случая кристаллизации, приводящих к образованию: а) столбчатой структуры, б) равноосной при узкой зоне
Твердая фаза
Твердая /рало
Іона <арождрния (5
Зона зарождения а
Фиг. 77. Три возможных случая кристаллизации.
а — столбчатая структура; б—равноосная структура при узкой зоне зарождения центров кристаллизации; б — равноосная структура при широкой зоне зарождения центров кристаллизации.
зарождения центров кристаллизации и в) равноосной при широкой зоне зарождения в жидкости. В каждом случае рост кристаллов может носить дендритный характер, и при этом возможности заполнения образовавшихся в результате усадки междендритных каналов уменьшаются от случая а к в, а для получения качественной отливки необходимо, чтобы к каждой точке на границе раздела подводилась жидкость по мере протекания процесса усадки. Поступление жидкости в последнем случае почти невозможно, так как питающая жидкость должна подводиться к границе раздела (справа налево на диаграмме) через большую двухфазную зону, а в этой двухфазной зоне, представляющей собой зону дендритов с жидкостью в междендритных каналах, путь жидкости ь границе раздела весьма длинен и извилист. Некоторые практические приложения
149
Таким образом, при кристаллизации с широкой зоной или областью зарождения в отливке может образоваться микропористость. Развитие микропористости в случае, проиллюстрированном на фото 22 [30], может быть предотвращено уменьшением длины зоны зарождения (фиг. 77,6). Методы, которые могут быть применены для уменьшения длины зоны зарождения, рассматривались выше.
§ 2. Регулирование размеров зерна в отливке
В гл. 8 указывалось, что в промышленности весьма часто требуется получение отливок однородных по составу и свойствам. Такая отливка должна иметь мелкое равновесное зерно, которое может быть получено при управлении процессами зарождения кристаллов. Процессы зарождения могут регулироваться как числом возникающих центров кристаллизации, так и шириной зоны переохлаждения, в которой они возникают. Для образования мелкозернистой структуры необходимо, чтобы зона зарождения была узкой (фиг. 77,6), но число образующихся в ней центров кристаллизации должно быть как можно больше. Для некоторых металлов известны эффективные катализаторы зарождения, и для получения мелкой однородной структуры необходимо только подобрать температурный градиент Gl. В других случаях для получения мелкозернистой структуры должны подбираться не только условия роста, но и различные катализаторы зарождения. Подбор катализаторов производится эмпирическим путем, так как в настоящее время еще не существует каких-либо правил, облегчающих выбор.
§ 3. Образование сегрегации
Несмотря на то что процесс образования сегрегации рассматривался уже в нескольких местах книги, полезно и в настоящем разделе остановиться на некоторых сторонах этого вопроса. Перераспределение примеси является составной частью процесса кристаллизации сплавов, и поэтому на практике полное устранение 150
