2. Гетерогенное образование зародышей

        Самопроизвольное образование зародышей на основе фазовых и энергетических флуктуаций может происходить только в высоко чистом жидком металле при больших степенях переохлаждения.         Чаще источником образования зародышей являются всевозможные твердые частицы, которые всегда присутствуют в расплаве. Если частица примеси имеют одинаковую кристаллическую решетку с решеткой затвердевающего металла (так называемые изоморфные примеси) и параметры сопрягающихся решеток примеси и кристаллизующегося вещества примерно одинаковы (отличие не превышает 9%), то они играют роль готовых центpов кристаллизации.         Структурное сходство между поверхностями сопряжения зародыша и частицы посторонней примеси приводит к уменьшению размера критического зародыша, работы его образования, и затвердевание жидкости начинается при меньшем переохлаждении, чем при самопроизвольном зарождении.         Чем больше примесей, тем больше центров кристаллизации, тем мельче получаемое зерно. Такое образование зародышей называют гетерогенным.         Модифицирование - использование специально вводимых в жидкий металл примесей (модификаторов) для получения мелкого зерна по описанному выше механизму (карбиды, нитриды, оксиды).         Например, для алюминиевых сплавов - титан, ванадий, цирконий, а для стали - алюминий, ванадий, титан.

3. Строение металлического слитка

        Кристаллы, образующие в процессе затвердевания металла, могут иметь различную форму в зависимости от скорости охлаждения, характера и количества примесей. Чаще в процессе кристаллизации образуются разветвленные (древовидные) кристаллы, получившие название дендритов ( рис. 4.15).

Рис. 4.15. Схема дендритного кристалла (а) и роста дендритов (б).

При образование кристаллов их развитие идет в основном в направлении перпендикулярном к плоскостям с максимальной плотностью упаковки атомов. В результате чего сначала появляются оси первого порядка, затем перпендикулярно к ним оси второго порядка, затем третьего и так далее. Дендритное строение характерно для макро- и микроструктуры литого металла (сплава).         У поверхности слитка, в результате большой скорости охлаждения образуется тонкий слой мелких равноосных кристаллов, затем по мере удаления от поверхности образуются зона удлиненных дендритных кристаллов по направлению отвода тепла, т.е. перпендикулярно стенкам изложницы. В случае медленного охлаждения могут образоваться в середине слитка равноосные зерна с дендритной структурой. Хотя зона столбчатых кристаллов обладает высокой плотностью, на границах эта плотность резко уменьшается, что может привести к возникновению трещин при ковке или прокатке. Поэтому для малопластичных металлов, в том числе для стали, развитие столбчатых кристаллов не желательно. Наоборот, для получения более плотного слитка у пластичных металлов (например, меди и ее сплавов) желательно распространение зоны столбчатых кристаллитов по всему объему слитка. При фасонном литье стремятся получить мелкозернистую равноосную структуру.         Жидкий металл имеет большой удельный объем, чем твердый; поэтому в той части слитка, которая застывает в последнюю очередь, образуется пустота - усадочная раковина. Усадочная раковина обычно окружена наиболее загрязненной частью металла, в которой после затвердевания образуются микро- макропоры и пузыри.