ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Под первичной структурой (субструктурой) понимают струк­туру металла, образующуюся в процессе первичной кристалли­зации, т. е. при переходе расплавленного металла из жидкого в твердое состояние.

Вторичная структура образуется в результате физико-хими­ческих процессов и структурных превращений в твердом состоя­нии.

Тип первичной микроструктуры сплава зависит от формы роста кристаллов, определяемой видом фронта кристаллизации и характером концентрационного переохлаждения перед этим фронтом.

Рассмотрим три возможных случая кристаллизации сплава при различной протяженности зоны концентрационного переох­лаждения Ь, и Ь3 (рис. 12.11), вызванной различными рас­пределениями температуры в жидкой фазе 7"ф1, Тф2, Тф3 (крите­рии концентрационного переохлаждения соответственно Фь Ф2, Фз). Условием, определяющим характер роста кристалла и фор­мирование первичной структуры, будет соотношение двух пара­метров: Ф и ACo/k (А—экспериментально определяемая по­стоянная для данного Со, зависящая от теплофизических свойств, k — коэффициент распределения). При малой протя­женности зоны концентрационного переохлаждения Ь Ф] >

Подпись: Рис 12 11 Влияние градиента тем пературы перед фронтом кристалли задии на концентрационное пере охлаждение > ACo/k. В этом случае будет образовываться ячеистая первич­ная структура (рис. 12.12, а). Эта структура состоит из ряда параллельных элементов, имею­щих форму стержней и ориенти­рованных в направлении кристал­лизации. Стержни в поперечном сечении имеют форму шестиуголь­ников. Верхняя свободная поверх­ность кристаллов, обладающих такой структурой, волнистая.

При средней протяженности зоны концентрационного переох­лаждения Ь2, когда Ф2 « ACo/k, образуется ячеисто-дендритная

ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Рис 12 12 Типы первичной структуры

первичная структура (рис. 12.12,6). Отдельная ячейка, оказав­шись впереди своих соседей, начинает быстрее расти и разви­ваться. По мере развития этого процесса выступ превращается в иглу, на игле образуются ветви, а эти ветви, в свою очередь, служат основой для следующих ветвей. Образуется ветвистая дендритная структура.

Если протяженность зоны концентрационного переохлажде­ния Ьз достаточно велика и переохлаждение больше некоторой критической величины, при которой еще происходит образование ячеистой структуры, то на всех ячейках начинают образовы­ваться ветви и они превращаются в дендриты. Условием обра­зования дендритной первичной структуры (рис. 12.12, в) будет Фз <.AC0/k. Дендриты сплавов имеют субструктуру, напоми­нающую ячеистую. Образование такой структуры на дендритах, растущих в расплаве, содержащем примеси, связано с тем, что растущая ветвь дендрита отталкивает атомы примеси так же, как и плоский фронт кристаллизации. Скопление примесей и кон­центрационное переохлаждение приводят к образованию ячеек на ветвях дендритов. С увеличением переохлаждения размеры дендритов и их разветвленность возрастают.

Таким образом, вероятность образования разветвленной ден­дритной структуры повышается с уменьшением градиента тем­пературы grad Тф в жидкости перед фронтом кристаллизации, с увеличением скорости кристаллизации пкр и содержания при­меси Со, а также с уменьшением коэффициента распределения примеси k.

Updated: 31.03.2016 — 17:11