6. Строение металлического слитка. 3 зоны.

1мелкокристаллическая корковая зона; 2зона столбчатых кристаллов; 3внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации.Образуется мелкозернистая структура. Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера.

Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты. Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода.

Так как теплоотвод от незакристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией.

Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией.

Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка.

В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15...20 % от длины слитка)

Методы исследования металлов: структурные и физические

Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа.

7.Модификаторы

При охлаждении слитка возникает существенная разность температур, которая приводит к возникновению дендритных кристаллов (древовидные кристаллы). Они имеют оси, вызывающие сильную неоднородность свойств металла. Наличие крупных дендритных кристаллов является литейным браком.

Несамопроизвольная кристаллизация — происходит при температурах ниже T₀ с участием специальных веществ. Они влияют на размер и форму кристалла и называются модификаторы. Процесс влияния — модифицирование.

Выделяют два вида модификаторов объемные и поверхностные. Объемные модификаторы создают дополнительные центры кристаллизации. Тугоплавкие металлы в виде мелкодисперсного порошка. Необходимо, чтобы металл имел аналогичные кристаллические решетки и атомные параметры. Для железа модификатор — вольфрам. Поверхностные модификаторы уменьшают скорость роста кристаллов, изменяют поверхностную энергию на границе кристалл-жидкость. Атомы модификатора прилипают к поверхности кристалла, новые кристаллы не растут. В качестве модификатора используются неметаллы с малой атомной массой. Для железа модификатор — бор. Модификаторы позволяют улучшить структуру металла и управлять размерами и формой кристаллов.

8 Влияние нагрева на структуру и свойства металла

Текстура деформации создает кристаллическую анизотропию, при которой

наибольшая разница свойств проявляется для направлений, расположенных под углом

45o друг к другу. С увеличением степени деформации характеристики пластичности

(относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость)

уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести,

предел прочности) и твердость увеличиваются. Также повышается

электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность,

магнитная проницаемость.

Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и

других свойств металлов в процессе пластической деформации называют

деформационным упрочнением или наклепом.

Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков

плотности дислокаций.

Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также

торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями

решетки металлов, возникновением напряжений.

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. Переход к

равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в кристаллической

решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов.

При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому состояние наклепа

может сохраняться неограниченно долго.

При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической

деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы

разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и

рекристаллизация.

Возврат. Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение

плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление

кристаллической решетки

Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется

отдыхом (первая стадия возврата).

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры

и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в

результате скольжения и переползания дислокаций.

При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков

в стенки, деление зерна малоугловыми границами

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому

образование полигонов— процесс энергетически выгодный.

Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В

результате понижается прочность на (10…15) % и повышается пластичность (рис.8.4).

Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций,

присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен

увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации).

Изменений в микроструктуре не наблюдается (рис.8.5 а). Температура начала

полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы

металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и

происходит рекристаллизация.