Строение слитков

При медленном охлаждении с равномерным отводом тепла образуются кристаллы равноостные. Если же имеет место направленный отвод тепла, то происходит формирование древовидных кристаллов, называемых дендритами.

Различие в химическом составе различных зон и участков слитка называется ликвацией. Химическая неоднородность, обусловленная формированием дендритной структуры, называется дендритной ликвацией. Структура слитков зависит от многих факторов.

Схемы структуры слитков.

Типичная структура слитка состоит из трёх зон. Залитый в литейную форму металл начинает кристаллизоваться в местах соприкосновения со стенками литейной формы. Большая степень охлаждения способствует образованию большого количества центров кристаллизации, в результате чего образуется зона мелких равноостных кристаллов (первая зона). В результате уменьшения степени переохлаждения и наличия направленного теплоотвода формируется зона крупных столбчатых кристаллов.

В центре слитка имеет место незначительная степень переохлаждения, отсутствует направленный теплоотвод, в результате чего формируется зона крупных равноостных кристаллов. Вследствие того, что верхняя часть слитка кристаллизуется в последнюю очередь, происходит уменьшение объёма вследствие перехода металла из жидкого в твёрдое состояние. Это обусловлено тем, что растворимость газов в твёрдом металле меньше, чем в жидком. В верхней части слитка формируется усадочная раковина.

Применяя различные технологические приёмы можно изменять количественное соотношение зон или исключить из структуры одну из зон. Например, при быстром охлаждении и перегреве металла перед разливкой, можно получить структуру, состоящую из зоны крупных столбчатых кристаллов. Данная структура называется транс кристаллической.

Низкая температура разливки металла, введение модификаторов и медленное охлаждение позволяет получать структуру, состоящую из крупных равноостных кристаллов. Слитки имеют неоднородный состав. По направлению от стенок к центру и снизу вверх количество примесей и легирующих элементов увеличивается. Химическая неоднородность по различным зонам слитка называется зональной ликвацией.

В процессе кристаллизации жидкий металл уменьшается в объёме, что приводит к образованию пустот, называемых усадочными раковинами. При производстве стали в ней находится большое количество кислорода, для удаления которого в сталь вводят элементы, обладающие большим сродством к кислороду, по сравнению с железом. Данный процесс называется раскислением, а эти элементы раскислителями. В зависимости от применяемых веществ или от способа раскисления бывают:

1) Спокойные стали - их усадочная раковина сконцентрирована в верхней части слитка

2) Кипящие стали – пустоты распределены по всему объёму слитка (Mn)

3) Полуспокойные стали – занимают промежуточное положение (раскисляется Mn, Al)

Атомы того или иного вещества могут образовывать (теоретически) любой тип кристаллической решётки. Однако, устойчивым, а, следовательно, реально существующим, будет решётка, которая обеспечит минимальный запас свободной энергии системы. Однако, в ряде случаев, при изменении температуры или давления может оказаться, что для одного и того же вещества более устойчивой будет другой тип решётки, чем решётка, при других температуре и давлении. Существование одного и того же вещества в нескольких кристаллических формах называется полиморфизм или аллотропия. Различные кристаллические формы одного вещества называются полиморфными и аллотропическими модификациями. Аллотропические формы обозначаются с помощью греческих букв , которые в виде индекса добавляются к символу, обозначающему элемент. Аллотропическая форма, существующая при самой низкой температуре обозначается как , а последующие и т.д. Полиморфное превращение при нагреве сопровождается поглощением тепла и происходит при постоянной температуре. При охлаждении тепло выделяется. Для полиморфных превращений характерен гистерезис.

Температура, при которой осуществляется переход из одной модификации в другую называется температурой полиморфного (аллотропического) превращения. Полиморфное превращение сходно с процессом кристаллизации и заключается в образовании зародышей новой модификации и последующего их роста.

Полиморфные превращения характеризуются большими степенями переохлаждения или перегрева, а также, высокотемпературная модификация, как правило, имеет более простое строение и большую пластичность.