Общие положения теории кристаллизации чугуна

16.10.2019

В любом элементе объема отливки последовательно или частично одновременно проходят при кристаллизации следующие процессы: охлаждение в жидком состоянии (снятие перегрева), переохлаждение, образование зародышей и рост кристаллов. При этом в микро- и макрообъемах образуются также кристаллизационные пороки, в частности ликвация и пористость.

В зависимости от характера продвижения фронта кристаллизации, по сечению отливки или по ее длине, различают в первом случае — последовательную и объемную, а во втором — направленную и одновременную кристаллизацию. Последовательная (по сечению) и направленная (по длине отливки) кристаллизация характеризуется более или менее резкой границей между твердой и жидкой фазами и постепенным продвижением фронта кристаллизации от края к центру или от одного конца отливки к другому. Объемная же и одновременная кристаллизация, наоборот, характеризуется «расплывчатой» границей между полностью твердым и жидким состоянием и наличием более или менее широкой твердо-жидкой области, которая иногда может распространяться на всю отливку. Чем больше градиент температур и меньше интервал затвердевания, тем более направленный и последовательный характер имеет кристаллизация. Кроме того, на характер кристаллизации оказывают влияние и другие факторы, в частности жидкое состояние. Однако независимо от характера и типа кристаллизации она управляется одними и теми же законами. Так, почти во всех случаях кристаллизационные процессы являются диффузионными (за исключением мартенситного превращения, при котором происходит только перестройка решетки железа без изменения концентрации углерода).

Согласно классической теории Таммана, кинетика кристаллизационных процессов управляется только двумя параметрами: скоростью образования зародышей и линейной скоростью роста их граней, являющимися, в свою очередь, функциями переохлаждения. Однако эта широко распространенная точка зрения справедлива только для процесса, который можно назвать «свободной кристаллизацией» и в котором отвод теплоты кристаллизации происходит с очень большой скоростью как внутри, так и с поверхности отливки, причем теплоемкость внешней среды так велика, что это не отражается на ее температуре (рис. 13, а). В этом случае как в отливке, так и во внешней среде сохраняется постоянная температура, а значит и переохлаждение (AT). Такой процесс осуществляется, например, при изотермической закалке гонкостенных отливок. В других же случаях, и тем более в процессах кристаллизации из жидкого состояния, создается градиент температур в форме (рис. 13, б), отливке (рис. 13, в) или в обеих средах (рис. 13, г). В этих реальных случаях большую роль приобретает теплоотвод, который становится главным фактором, определяющим кинетику кристаллизации. При этом кристаллизационные параметры приспосабливаются к процессу теплоотвода путем соответствующего изменения переохлаждения. Теория эта разработана автором и использована потом Г.Ф. Баландиным. Она излагается ниже применительно к объемной кристаллизации, но также справедлива для последовательного процесса.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна