Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 [ 2 ] 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63

Образование кристаллической решетки происходит при переходе металла из жидкого состояния в твердое. В идеальных условиях в результате такого перехода атомы располагаются по геометрически правильной схеме, на определенном расстоянии друг от друга, образуя кристаллическую решетку. Например, очень медленным охлаждением при кристаллизации (или другими методами) можно получать монокристаллы (единичные кристаллы) массой до 200 г и более, которые применяются в полупроводниковой и других отраслях техники.

Превращение металла нз жидкого состояния в твердое при охлаждении происходит плавно (рис. 7, кривая 2), но при достижении температуры кристаллизации Ts появляется

горизонтальная площадка, ко- -гртГ

торая связана с выделяющейся

скрытой теплотой кристаЛЛИ- Рис. 7. Кривые охлаждения

зации, компенсирующей отвод расплавов веществ:

tf>nnntui Ппм п!а ni-uaiiiirtm nv / -аморфного; 2 - кристаллнчс-ТеПЛОТЫ. при ДаЛЬНеНШе.М ох- ского (теоретически); 3 -кри-

ЛаЖДеНИИ металл переходит в сталлическо™ (реалыю)

твердое состояние и температура его снова плавно понижается. Но реальный процесс кристаллизации несколько сложнее (рис. 7, кривая 3), так как жидкий металл, непрерывно охлаждаясь до температуры переохлаждения !„ (охлаждение жидкости ниже температуры кристаллизации), может находиться в жидком состоянии ниже теоретической температуры кристаллизации Ts. При температуре Т„ металл переходит в твердое состояние. Разница температур 78-Гп, которая достигает до 50° С, называется степенью переохлаждения.

Процесс кристаллизации жидкого металла состоит из двух стадий: а) образования зародышей, или центров кристаллизации; б) роста кристаллов. Предложено несколько схем, объясняющих процесс кристаллизации жидкого металла, одна из них приведена на рис. 8. Из рис. 8,6 следует, что за короткий промежуток времени (несколько секунд) происходит появление новых центров кристаллизации и быстрый их рост. Прп свобо.аном развитии процесса кристаллизации вначале образуется первичная ось, а затем вторичные оси и оси высших по-

рядков (рнс. 9). Кристаллы приобретают древовидную, называемую дендритной, форму (рис. 10).

В реальных условиях процесс кристаллизации с са-

Рис. 8. Последовательные этапы процесса кристаллизации металла

мого начала идет быстро, но при .взаимном столкновении растущих кристаллов он замедляется. Пока кристалл окружен жидкостью, он имеет .правильную форму, но при столкновении кристаллов между собой происходит их срастание и правильная форма роста их нарушается, поэтому образуются кристаллы неправильной формы, которые принято называть зернами или кристаллитами (рис. 8, е). На процесс кристаллизации помимо переохлаждения влияют скорость и направление отвода теплоты, наличие примесей, служащих центрами кристаллизации и др. Причем в направлении отвода теплоты кристалл растет значительно быстрее, чем в других направлениях. Все это приводит к образованию неправильной формы кристал-

Рис. 9. Схема образования осей кристаллизации:

а - первичная ось; в - вторичные оси; с - оси высших порядков

лов (рис. И). Для более четкого уяснения реального процесса кристаллизации- рассмотрим процесс получения слитка стали.

Стальные слитки получают в металлических изложницах или на установках непрерывной разливки. В изложнице сталь не может затвердевать одновременно во всем объеме, так как это связано с неравномерной скоростью отвода теплоты. Поэтому процесс кристаллизации стали начинается с холодных (относительно температуры расплавленной стали) стенок и дна изложницы, а затем уже распространяется внутрь жидкого металла. Плотность твердой стали несколько выше расплавлен-

Рис. 10. Схема обра.зоваиия дендритов

Рис. 11. Схема расположе-пня дендритов в наружных частях слитка или отливки

ной, поэтому В слитке в верхней части вследствие уменьшения объема стали образуется усадочная раковина.

Химический состав стали в различных зонах зерна (кристаллита) будет неоднородным, так как оси растущего кристалла, образовавшиеся позднее, будут содержать больше легкоплавких элементов, которые затвердевают позднее. Неоднородность химического состава внутри кристаллита называется внутрикристаллтеской ликвацией.

Различие химического состава по зонам слитка или отливки называется зональной ликвацией, которая термической обработкой не устраняется в отличие от внут-рикристаллической. Как правило, сплавы, подверженные зональной ликвации, не используются для получения отливок.