Наиболее вероятной причиной наблюдаемых корреляций, связывающих свойства жидких и твердых образцов, является неравновесность расплава перед кристаллизацией. Для полного протекания в расплаве процессов установления равновесия требуется прежде всего достаточное время, поэтому степень их завершенности к моменту кристаллизации может оказаться различной. Ход изменения во времени структуры расплава отражается на отдельных его свойствах, а в случае кристаллизации из разных состояний - и на свойствах твердого металла.
Путем процесса кристаллизации осуществляется переход от расплава к твердому состоянию. Характер его протекания в значительной мере определяет структуру и свойства затвердевшего металла. Поэтому важно проанализировать возможную роль строения расплава в этом процессе.
Процесс кристаллизации достаточно больших масс металла очень сложен. Множество дефектов слитка и причин плохого качества литого металла не связано со структурой расплава, а вызвано в основном условиями теплоотвода. К таким дефектам относятся последствия зональной ликвации, выделения фаз по границам зерен, неметаллические включения, в том числе суб- и ультрамикроскопические. Сюда же следует отнести такие макродефекты, как трещины, завороты, корки, плены, «светлые» и другие «пятна» и т. д.
К этой группе дефектов в известной мере относится и ряд последствий дендритной (внутрикристаллической) ликвации.
В то же время известно много характеристик твердого металла, которые связаны с атомным механизмом процесса затвердевания и, судя по многочисленным источникам, не могут не зависеть от структуры кристаллизирующегося расплава. Это главным образом характеристики субструктуры, описывающие отклонения реального расположения атомов в фазовых составляющих сплава от идеальных моделей кристаллических решеток. К подобным несовершенствам кристаллического строения относятся точечные дефекты, дислокации и т. п.
Считается, что ни одна из существующих теорий кристаллизации не объясняет в полной мере всего многообразия наблюдаемых экспериментальных фактов. В ходе кристаллизации металлических расплавов одновременно протекают процессы микро- и макроскопического перемещения частиц и их групп, осуществляется теплопередача, происходят фазовые превращения. Лучше других изучено влияние тепловых процессов на формирование слитков. Обычно предлагается в целях получения плотного и однородного по химическому составу и структуре слитка управлять прежде всего отводом и подводом тепла, температурой разливаемого металла и скоростью разливки. При этом подчеркивается, что основную роль в затвердевании сплавов играют процессы, происходящие в двухфазной области, т. е. в интервале температур ликвидус - солидус и ниже.
Чаще всего рассматриваются три механизма роста кристаллов: возникновение и разрастание двумерных зародышей новых кристаллических слоев на атомарно-гладкой поверхности кристалла; дислокационный механизм (присоединение частиц к ступеням, образованным выходом винтовых дислокаций на поверхность кристалла) и нормальный механизм (беспорядочное присоединение частиц шероховатой поверхности раздела кристалл - расплав).
Предполагается, что металлы и сплавы в обычных для промышленной практики условиях должны иметь шероховатую границу раздела и расти по нормальному механизму. В случае чистых металлов не исключаются и послойные механизмы.
Структура расплава, даже равновесного, существенно влияет на механизм кристаллизации. Так, на примере силицидов и германидов железа и марганца экспериментально показано, что в тех случаях, когда структуры ближнего порядка расплава и твердой фазы достаточно близки, имеет место нормальный рост кристаллов. Расплавы же, структура которых представлена разнородными группировками атомов, кристаллизуются путем гранного механизма.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.