Равноосных кристаллов

В центральной части слитка (зона ///) отсутствует определенная направленность теплоотдачи. В результате образуются равноосные кристаллы. Обычно различные мельчайшие дополнительные частицы (включения) в жидкой стали становятся центрами кристаллизации.

Рис.12. Схема строения металлического слитка: 1-мелкозернистая корка; 2-столбчатые кристаллы; 3-крупные равноосные кристаллы; 4-усадочная раковина

лужидкую область металла под действием давления. При давлении 58 МН/м2 ферритная зона в центральном сечении стенки отливки с Х0?=10+12 мм не наблюдается, а структура по всему сечению представляет собой мелкозернистые равноосные кристаллы с характерным феррито-перлитным строением.

кристаллы; 2 - древовидные кристаллы; 3 - равноосные неориентированные

/ — мост металла над раковиной; 2.— усадочная раковина; 3 — усадочные пустоты; 4 — осевая усадочная рыхлость; 5 — зона беспорядочноориентированных кристаллов; 6 — мелкие равноосные кристаллы; 7,8 — зоны столбчатых кристаллов; 9 — столбчатые кристаллы, направленные к тепловому центру; 10 — конус осаждения

фОрМЫ; 2) ЗОНЫ СТОлбчаТЫХ КрИ- кристаллы; 3 — равноосные кристаллы больших СТЗЛЛОВ, Ориентированных ВДОЛЬ размеров; 4 — усадочная раковина

а — схема дендрита по Д.К. Чернову: /, 2, 3 — оси первого, второго и третьего порядков соответственно; б — зонная структура слитка: 1 — мелкие равноосные кристаллы; 2 — столбчатые

2. При увеличении скорости охлаждения уменьшается разветвленность дендритов (кристаллов древовидной формы); появляются столбчатые и равноосные кристаллы,

Для появления новых равноосных зерен из старых деформированных требуется подготовительный период. Затем новые зерна начинают расти за счет окружающих деформированных кристаллов. Постепенно новые равноосные кристаллы начинают соприкасаться друге другом. Когда все деформированные кристал'

Условия отвода теплоты при кристаллизации значительно влияют на форму зерен. Кристаллы растут преимущественно в направлении, обратном отводу теплоты. Поэтому при направленном теплоотводе образуются вытянутые (столбчатые) кристаллы. Если теплота от растущего кристалла отводится во всех трех направлениях с приблизительно одинаковой скоростью, формируются равноосные кристаллы.

расположенных нормально к стенкам формы. Наконец, в середине слитка, где наблюдается наименьшая степень переохлаждения и не ощущается направленного отвода теплоты, образуются равноосные кристаллы больших размеров (зона 5).

Структура металла швов при электрошлаковой сварке может характеризоваться наличием трех зон (рис. 110, а): зона 1 крупных столбчатых кристаллов, которые растут в направлении, обратном отводу теплоты; зона 2 тонких столбчатых кристаллов с меньшей величиной зерна и несколько большим их отклонением в сторону теплового центра; зона 3 равноосных кристаллов, располагающаяся посередине шва. В зависимости от способа олектро-шлаковой сварки, химического состава металла шва и режима сварки может быть получено различное строение швов. Повышение содержания в шве углерода и марганца увеличивает, а уменьшение интенсивности теплоотвода уменьшает ширину зоны 1.

Третья зона слитка — зона равноосных кристаллов 3. В центре слитка уже нет определенной направленности отдачи тепла. «Температура застывающего металла успевает почти совершенно уравниваться в различных точках и жидкость обращается как бы в кашеобразное состояние, (вследствие образования в различных ее точках зачатков кристаллов. Далее зачатки разрастаются осями—ветвями по различным направлениям, встречаясь друг с другом» (Чернов Д. К.). В (результате этого процесса образуется равноосная структура. Зародышами кристалла здесь являются обычно (различные мельчайшие включения, присутствующие в жидкой стали, или случайно в нее попавшие, или не растворившиеся в жидком металле (тугоплавкие составляющие).

Относительное распределение в объеме слитка зоны столбчатых и равноосных кристаллов имеет большое значение.

Степень развития столбчатых кристаллов будет варьироваться главным образом в зависимости от химического состава металла, степени его перегрева, от размера слитка, скорости разливки, формы изложницы и толщины, а также температуры ее стенок. Эти факторы будут влиять на скорость теплоотвода и образование больших или меньших градиентов температур внутри объема кристаллизующейся стали и т. д. Повышение степени перегрева и увеличение скорости охлаждения слитка способствует увеличению доли столбчатых кристаллов и может повести к полной транскристаллизации, как это показано на рис. 34,а; при несколько замедленном охлаждении в центре слитка образуется зона равноосных кристаллов (рис. 34,6).

Для устранения усадочных дефектов слитки спокойной стали отливают с прибылью, которая образуется надставкой . 8 (см. рис. 2 7, б) со стенками, футерованными огнеупорной массой 9 малой теплопроводности. Поэтому сталь в прибыли долгое время остается жидкой и питает слиток, а усадочная раковина располагается в прибыли. Слиток спокойной стали (рис. 2.9, а) имеет следующее строение: тонкую наружную корку А из мелких равноосных кристаллов; зону Б крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону В крупных неориентированных кристаллов; конус осажде-

Подавление столбчатой структуры с целью получения равноосных кристаллов в швах осуществляется:

Третья зона слитка - зона крупных равноосных кристаллов (3). В центре слитка уже нет определенной направленности отвода тепла. В результате образуется крупная равноосная структура.

Видно, что слиток имеет три структурные зоны: наружную зону мелких равноосных кристаллов, зону столбчатых кристаллов и центральную зону равноосных кристаллов, размеры которой не одинаковы как в поперечном, так и в продольном направлениях. Подобные зоны наблюдаются в слитках различного диаметра (от 30 до 80 мм) при указанных выше режимах заливки и прессования. Протяженность зоны столбчатых кристаллов (Аст) уменьшается при повышении начальной температуры прессформы, снижении температуры заливки и времени выдержки расплава в матрице до приложения давления, а также при увеличении диаметра слитка (рис. 54). Такое влияние объясняется тем, что большинство из перечисленных параметров, например повышение температуры прессформы и увеличение диаметра слитка, способствует уменьшению скорости охлаждения кристаллизующегося расплава.

Вытесненные обломки кристаллов могут иметь различные размеры, поэтому некоторые из них могут снова расплавиться, если расплав залит с высоким перегревом, а некоторые могут стать дополнительными центрами кристаллизации, способствуя измельчению зерен в центральных зонах. Часть кристаллов может опуститься вниз под действием силы тяжести, образуя при этом зону мелких равноосных кристаллов у дна в виде конуса осаждения.

Сплав А1—12% Si, стали 45Л и У12Л в обычных условиях литья имеют минимальную ширину столбчатой зоны, а при кристаллизации под механическим давлением транскристаллическую по всему сечению. По мере снижения температурного градиента, осуществляемого за счет повышения начальной температуры прессформы, уменьшается протяженность столбчатой зоны и расширяется зона равноосных кристаллов. При этом у сплава с широким интервалом кристаллизации равноосная структура образуется при меньшей температуре нагрева прессформы, что находится в полном соответствии с современной теорией кристаллизации, согласно которой они более склонны к образованию равноосной структуры при большем температурном градиенте, чем сплавы с узким интервалом кристаллизации. Слитки из сталей

стали Х18Н9ТЛ при давлении 70—100 МН/мй достигнуто плотное строение отливки по всему объему со структурой из равноосных кристаллов. Микроструктура стали состоит из раздробленного первичного аустенита, а карбиды измельчены и равномерно распределены по всему полю аустенитных зерен [15]. Поэтому закаленная с температуры 1050° С сталь, хотя и отличается большим растворением карбидов, не имеет заметных изменений механических и других свойств.