РАЗВИТИЕ ЛИКВАЦИИ В СПЛАВАХ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ ОТЛИВОК ликвация микроликвация и макроликвация — неоднородность химического состава.

 

  Вся электронная библиотека >>>

 ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО>>>

  

 

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО


Раздел: Производство

   

§ 5. РАЗВИТИЕ ЛИКВАЦИИ В СПЛАВАХ ПРИ ЗАТВЕРДЕВАНИИ ОТЛИВОК

  

Большая часть литейных сплавов не позволяет получать отливки с однородным химическим составом. В них наблюдается ликвация (микроликвация и макроликвация) — неоднородность химического состава.

Микроликвация характеризует химическую неоднородность по сечению кристалла, зерна, поэтому часто ее называют внутри- кристаллической. Микроликвация является следствием неравновесной кристаллизации сплавов в реальных условиях формирования отливки. В интервале /л—/0 изменение состава твердой фазы характеризуется положением линии солидуса на диаграмме состояния. В условиях неравновесной кристаллизации диффузионные процессы, особенно в твердой фазе, не успевают полностью пройти и образовавшаяся твердая фаза имеет неоднородный, неравновесный состав. В большинстве случаев микроликвация может быть устранена высокотемпературным отжигом отливок.

Макроликвация проявляется в неоднородном составе поверхностных и центральных зон, верхних и нижних слоев отливки или слитка. Такую ликвацию называют зональной.

В крупных массивных отливках или слитках из сплавов с широким интервалом кристаллизации при медленном охлаждении часто наблюдается особый вид зональной ликвации, называемой конусом осаждения. В нижней части отливки или слитка находится сплав с пониженным содержанием легкоплавких компонентов, который образуется в результате осаждения твердых частиц, имеющих большую плотность по сравнению с жидкостью в период, когда этому процессу не препятствует конвекция. Это возможно только в тот период затвердевания, когда расплав потерял теплоту перегрева. Как было ранее показано, в центре отливки температура /008 поддерживается самое длительное время и, следовательно, оседание частиц здесь наиболее продолжительное. Поэтому зона неоднородного химического состава в данной части слитка имеет форму конуса с вершиной в центральной его части.

Наиболее типичное проявление зональной ликвации состоит в том, что в горизонтальном сечении отливки химический состав неодинаков. В зависимости от характера распределения ликвирующих компонентов сплава такую ликвацию называют прямой или обратной ( 12).

В поверхностных участках отливки содержание ликвирующего компонента соответствует его средней концентрации в сплаве. Зона I соответствует той части отливки, в которой образуются мелкие равноосные кристаллы. Большая скорость затвердевания поверхностных участков способствует кристаллизации жидкости среднего состава без вытеснения ликвирующих компонентов.

Зона в которой концентрация ликвирующего компонента ниже или выше средней, соответствует зоне отливки с развитыми дендритными кристаллами. Возникновение химической неоднородности вызвано характером кристаллизации и условиями питания во время усадки сплава. Как было показано, дендриты образуют твердый скелет с разветвленными межосными промежутками. Двухфазная зона кристаллизующейся отливки в той части, где образовалось более 40 % твердой фазы в виде дендритов, представляет собой капиллярно-пористое тело. Часто столбчатые кристаллы обеднены некоторыми элементами сплава, которыми обогащается жидкая фаза. Эти элементы и являются ликвирующими. Как правило, обогащение жидкости ликвирующими элементами приводит к понижению температуры плавления, т. е. жидкость становится более подвижной по сравнению с раствором исходного (среднего) состава. В двухфазной зоне постоянно происходит перемещение жидкости под действием капиллярной силы и силы тяжести. В зависимости от состава жидкой фазы, занимающей промежутки между дендритами во II зоне отливки, возникает прямая или обратная ликвация.

Развитие прямой ликвации связано с обогащением ликвирующими элементами центральной зоны отливки. Это вызвано тем, что при дендритной кристаллизации в двухфазной зоне образуется очень легкоплавкая жидкость, которая будет концентрироваться в передней части этой зоны. Жидкость, обогащенная ликвирующими элементахми, хуже, чем исходная жидкость среднего состава, смачивает образующиеся кристаллы. Поэтому можно предположить, что внутри капиллярно-пористого тела происходит перемещение жидкостей: легкоплавкая жидкость вытесняется к передней границе двухфазной зоны, исходный расплав, наоборот, за счет капиллярных сил втягивается внутрь двухфазной зоны.

Как было замечено Б. Б. Гуляевым, жидкость, обогащенная ликвирующими элементами, отличается по плотности от исходного расплава, что приводит к ее перемещению вдоль фронта растущих кристаллов. Необходимо обратить внимание на тот факт, что концентрацию ликвирующих элементов определяют не в межосных промежутках дендритной структуры, а как среднюю в данной зоне отливки. Поэтому на содержание ликвирующих элементов в зоне II будут влиять форма и размеры растущих кристаллов. Если межосных промежутков из-за формирования малоразвет- вленных утолщенных столбчатых кристаллов будет мало, то даже при условии хорошей смачиваемости их жидкость будет вытесняться в центральную зону отливки. Низкое содержание ликвирующих элементов в кристаллах окажет превалирующее влияние на концентрацию их во всей структурной зоне.

Поскольку в конце III стадии затвердевания отливки температура в ее центральной части значительно понижается, перемещение жидкости, обогащенной ликвирующими элементами, замедляется. Это является причиной наибольшей концентрации их на границе II и III зон отливки. Кроме того, в центральную часть отливки поступает исходный расплав для компенсации усадки, что приводит к некоторому уменьшению концентрации ликви- рующи х элементов.

Развитие обратной ликвации связано с более интенсивным втягиванием в двухфазную зону жидкости, обогащенной ликвирующими элементами, что приводит к увеличению их концентрации во II зоне отливки. Естественно, что развитию обратной ликвации способствует уменьшение межфазного натяжения на границе растущих кристаллов и жидкостью, находящейся в межосных промежутках, а также сильная разветвленность дендритов в этой зоне. Для восполнения усадки сплава в двухфазной зоне в нее втягивается жидкость с передней границы, также обогащенная ликвирующими элементами. В зоне формирования равноосных кристаллов концентрация ликвирующих элементов восполняется за счет исходного расплава из верхних слоев отливки или прибыли для питания центральной части отливки. Но большая часть ликвирующих элементов в данном сечении отливки находится в зоне //, поэтому, несмотря на питание исходным расплавом, центральная часть отливки оказывается обедненной ликвирующими элементами. Если питание центральной части отливки было недостаточным и в ней образовалась усадочная пористость, то разница в концентрации ликвирующих элементов II И III зон существенно повышается.

По мнению И. Б. Куманина, склонность к ликвации будут проявлять прежде всего те элементы, диаграммы состояния которых с основой сплава характеризуются широким интервалом кристаллизации по горизонтали. В этом случае жидкость двухфазной зоны по своему составу существенно отличается от среднего состава сплава. В стали, например, сильно выражена ликвация углерода, серы и фосфора, тогда как ликвация кремния и марганца не наблюдается. Сравнение диаграммы состояния железа с диаграммами данных элементов подтверждает высказанное положение. Кроме того, именно эти элементы имеют низкие коэффициенты равновесного распределения Ко, определяемого отношением растворимости данного элемента в твердом и жидком железе:

На развитие зональной ликвации влияет скорость охлаждения отливки. При объемном затвердевании, когда двухфазная область распространяется на всю толщину отливки, направленное перемещение жидкости замедляется и зональная ликвация выражена слабо. Такие условия могут наблюдаться при малых скоростях охлаждения, например в сухой песчаной форме. Образование в отливке четко ограниченных двухфазных областей при повышении скорости охлаждения обусловливает интенсивное движение жидкости и развитую зональную ликвацию, например в металлической форме. При получении отливок с высокими скоростями затвердевания ширина двухфазной зоны резко уменьшается и зональная ликвация не развивается, например при изготовлении тонкостенных отливок в водоохлаждаемых металлических формах.

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Литейное производство: Учебник для металлургических специальностей вузов

 

Смотрите также:

 

Фасонные отливки стали

По химическому составу стали делят на углеродистые и легированные. ... Эти сплавы подразделяются на: литейные — для изготовления фасонных отливок; .

 

 Сплавы цветных металлов. Никелевая бронза.

Это явление называется ликвацией. Чтобы устранить вредное влияние ликвации, в сплавы с оловянной и оловянно- свинцовой основой вводят медь, образующую с оловом химическое соединение, более тугоплавкое...

 

Свариваемость и причины возникновения трещин в стали

На свариваемость стали наибольшее влияние оказывает ее химический состав. Как известно, сталь в основном состоит из
вызывает их межкристаллитную ликвацию, в результате чего замедляется затвердевание жидкого сплава между кристаллами.

 

Никелевые сплавы литейные жаропрочные.

...3) внутридендритнои ликвации; 4) распределения и формы микроструктурных
При отливке деталей с высоких темп-р, а также с малой скоростью кристаллизации
Ликвационные явления при этом слабо развиваются; сплав имеет высокую...

 

обработка жидкого чугуна обескремнивание, дефосфорация...

...предных примесей, соответственно с минимальным развитием процессов ликвации и т.п
химического состава металла, а также требует для разливки в металл.
сплавов с особо низким содержанием углерода. 6. Возможность получения в...

 

Сплавы на основе карбида титана со связкой.

Устойчивость к окислению сплавов TiC—Со определяется теми химическими
Изменения в составе связки твердых сплавов на основе TiC.
в вакууме, необходимо при высоком содержании связки следить за тем, чтобы не произошла ее ликвация.