Следующей стадией образования и роста зародышей будет стадия образования скоплений атомов более тугоплавких компонентов на базе ранее появившихся участков с повышенным содержанием водорода (образование кластepов). Важным является вопрос о том, атомы какого компонента будут в первую очередь мигрировать в участки предвыделения, т.е. участки расплава с повышенным содержанием водорода. Если в системе наиболее тугоплавким является металл-основа (в данном случае алюминий), то образуются участки с повышенным содержанием алюминия и уже меньшим содержанием других компонентов. При дальнейшем росте зародышей в связи с различной растворимостью водорода в твердом кристалле и окружающей жидкости он покидает кристалл и накапливается по фронту роста. Однако некоторые участки в связи с неравномерным распределением температуры в жидкости могут продолжать расти. В связи с этим приобретается древовидная форма кристалла. Между его осями, т.е. в участках наибольшего скопления водорода, которые отличаются наименьшей температурой затвердевания, будет происходить накопление наиболее легкоплавких компонентов. После полного затвердевания металлической жидкости такие участки будут названы вторичными выделениями. Примером такой кристаллизации являются сплавы системы Al-Mg. Если же имеются более тугоплавкие компоненты по сравнению с металлом-основой, то миграция их в участки предвыделения приводит в последующем к образованию и росту выделения промежуточной фазы, которое известно под названием «первичное». Ярким примером этого служит образование первичных выделений в системе Al-Si.
Таким образом, предлагаемый механизм предусматривает ведущую роль водорода в формировании первичных и вторичных выделений промежуточных фаз.
Довольно наглядно этот механизм образования выделений промежуточных фаз подтверждается преимущественным выделением кремнистой фазы вокруг пор. Это происходит потому, что пора (объем, заполненный молекулярным водородом) окружена областью с повышенным содержанием атомарного водорода. Именно в этих зонах создается возможность зарождения и роста кристаллов кремнистой фазы (рис. 3.31), так как кремний является более тугоплавким компонентом в системе Al-Si. Если же рассматривать систему, где наиболее тугоплавким элементом является алюминий, то для случая с пористостью можно наблюдать вокруг пор участки алюминиевого твердого раствора или, как принято называть, «обедненные по выделениям зоны».
Правомочность такого механизма, как и любого другого, может быть доказана только с помощью разработанных на его основе приемов, которые позволят регулировать количество, форму и характер распределения выделений промежуточных фаз, т.е. позволят регулировать хрупкость, формирующуюся при кристаллизации.
а б
в г
Рисунок 3.31 – Зарождение и рост первичных кристаллов в местах, примыкающих к участкам, заполненных молекулярным водородом (пор) в наводороженных сплавах Al-Si (а-г) ×260.
3.1.1. Новые способы приготовления слитков и отливок
Практическое использование механизма формирования водородной хрупкости I вида проведено по следующим направлениям:
- во-первых, разработаны способы повышения физико-механических свойств сплавов за счет уменьшения содержания водорода:
- во-вторых, разработаны способы повышения физико-механических свойств сплавов за счет увеличения содержания водорода.
Эффективность способов удаления водорода из расплава следует оценивать не только с общепринятых позиций (отсутствие газовых пузырей, пористости и неметаллических включений), но и с позиций влияния рафинирования на количество, форму и характер распределения промежуточных фаз.
Систематические исследования влияния разработанных нами способов обработки расплава (обработка расплава газообразными продуктами разложения тетрафторэтилена, воздухом, пропущенным через древесный уголь, нагретый до 650-670°С, углеводородами, кислородосодержащими парами и др.) показало их способность интенсивно воздействовать на водородную хрупкость I вида (табл. 3.6.-3.11).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.