III. стадия процесса затвердевания отливки начинается в тот момент, когда скорость передачи теплоты от центральной зоны к форме или к сохранившейся твердой корке резко уменьшается. Это происходит, когда конвективное перемешивание расплава прекращается в результате повышения его вязкости. В начале этой стадии у поверхности формы или на сохранившейся твердой корке начинается нарастание твердой фазы и все сечение отливки имеет температуру не выше t008 (рис. 9, б), при которой в расплаве уже образуется ~8 % твердой фазы. Твердая фаза может попасть во внутренние слои расплава вследствие различных причин: за счет опускания кристаллов с поверхности расплава (ρт > рж); в результате отделения дендритных ветвей от боковых поверхностей и их размножения; за счет появления и роста зародышей при понижении температуры, особенно при наличии гетерогенных центров кристаллизации. Температура t008 для данного сплава определяется по диаграмме состояния.
В соответствии с законом А. Эйнштейна вязкость жидкости увеличивается лавинообразно при возрастании в ней суспензированных твердых частиц до 8 %.
Необходимо отметить, что жидкость при t008 не будет переохлаждена. III стадия закончится тогда, когда процесс теплообмена теплопередачей достигнет центра отливки. На этой стадии одновременно могут существовать твердая корка 1, двухфазная область 2 и область подвижного жидкого сплава 3, содержащего лишь ограниченное число твердых частиц.
С точки зрения формирования структуры именно на IIIстадии происходит рост столбчатых кристаллов из наружной зоны, причем расти продолжают только те кристаллы, которые благоприятно ориентированы относительно теплового потока. Поверхность раздела между столбчатыми кристаллами и жидкостью может быть гладкой, ячеистой или ячеисто-дендритной в соответствии с составом сплава и скоростью затвердевания. Развитие столбчатых кристаллов объясняется многими причинами. Во-первых, наибольшее переохлаждение жидкости возникает у граней кристаллов, обращенных к центру отливки, а не по направлению к поверхностям рядом растущих кристаллов. Во-вторых, только их передние концы непосредственно контактируют с исходной жидкостью, а боковые поверхности соприкасаются сжидкостью уже измененного за счет ликвации ряда элементов состава. Накопление ликвирующих элементов в жидкости, находящейся между растущими кристаллами, задерживает рост боковых поверхностей кристаллов. Кроме того, в исходной жидкости не содержится твердой фазы, рост которой происходил бы одновременно с ростом столбчатых кристаллов, т. е. отсутствует препятствие их росту со стороны жидкости.
При увеличении скорости роста столбчатых кристаллов, когда их вершины далеко выдвигаются в расплав, на локальных участках их боковых поверхностей, контактирующих с жидкостью с наименьшей ликвацией растворенного вещества, начинают расти боковые ветви кристаллов, т. е. формируется дендрит. Ветви дендрита, растущие в направлении, противоположном теплоотводу, считаются его первичными (главными) осями, а расположенные перпендикулярно им—вторичными осями. На вторичных осях дендрита в свою очередь могут начать расти ветви третьего порядка.
IV стадия начинается после того, как температура во всех слоях отливки и даже в ее центре станет ниже t008 (рис. 9, в). На этой стадии по сечению отливки существует лишь область твердого сплава 1 и двухфазная область 2. Происходит не только снижение температуры, но и уменьшение кривизны температурных кривых; они становятся более пологими. Это соответствует условию, при котором центр отливки охлаждается быстрее, чем периферия. Интенсивность теплоотвода от отливки снижается, температурные перепады по сечению отливки уменьшаются.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.