Критические точки железа.

1.768˚С – точка Кюри (магнитное превращение железа)

2.911˚С – полиморфное (аллотропическое) превращение Feα↔Feγ (ОЦК↔ГЦК)

3.1392˚ - полиморфное превращение Feγ↔ Feδ(α) (ГЦК↔ОЦК)

4.1539˚С – температура плавления (кристаллизации железа).

Кристаллизация металлов и сплавов.

Кристаллизация - процесс перехода металла из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое. Она начинается при охлаждении металла ниже равновесной температуры, при которой одновременно происходят два процесса: плавление и кристаллизация.

Теорию кристаллизации сформулировал Чернов Д.К.: при охлаждения металла ниже равновесной температуры в нём возникают участки кристаллического строения – зародыши (центры) кристаллизации. При дальнейшем охлаждении они растут. В местах сопрокосновения с гранями соседних кристаллов они прекращают свой рост, но продолжается рост граней, соприкасающихся с жидкой фазой. В результате они приобретают неправильную геометрическую форму, поэтому кристаллы металла называют зернами или кристаллитами.

Рис.6 Схема кристаллизации металлов

Факторы влияющие на размер зерна при кристаллизации.

1. Скорость охлаждения (чем она выше, тем меньше зерно);

2. Температура нагрева металла.

3. Химический состав металла, в том числе присутствие в расплавленном металле тугоплавких примесей, которые являются центрами кристаллизации и измельчают зерно.

Модифицирование - введение в расплавленный металл небольшого количества примесей, практически не влияющих на химический состав металла и образующих тугоплавкие соединения, с целью измельчения зерна.

Дендриты – это кристаллы древовидной формы, чаще всего образующиеся при кристаллизации.

Рис.7 Дендриты

Строение слитка стали.

Рис.8 Структурные зоны стального слитка

1 зона – тонкая плотная корочка из мелких равноосных дендритов, образующихся при высокой скорости охлаждения в первый момент кристаллизации.

2 зона – столбчатые кристаллы, вытянутые вдоль линии теплоотвода.

3 зона – крупные равноосные кристаллы, образующиеся при медленном охлаждении и равномерном теплоотводе в последний момент кристаллизации в центре слитка.

В случае сильного перегрева металла и быстрого охлаждения третья зона не образуется – это называется транскристаллизацией.

Ликвация – это химическая неоднородность литого металла. Так как в сплавах при кристаллизации образуются фазы, имеющие разную температуру плавления, то возникают ликвации. Различают дендритную и зональную ликвации.

Процесс диффузии протекает медленно, поэтому в реальных условиях охлаждения состав в пределах каждого кристалла и разных кристаллов не успевает выравниваться, и он будет неодинаковым.

В процессе кристаллизации обычно образуются кристаллы твердого раствора дендритного типа. Поэтому оси первого порядка, возникающие в начальный момент кристаллизации, обогащены более тугоплавким компонентом. Периферийные слои кристалла и межосные пространства, кристаллизующиеся в последнюю очередь, будут обогащены более легкоплавким компонентом. Такую неоднородность состава сплава внутри отдельных кристаллов называют внутрикристаллитной или дендритной ликвацией. Дендритная ликвация может быть ослаблена продолжительным нагревом затвердевшего сплава при температурах, обеспечивающих достаточную скорость диффузии (несколько ниже солидуса). После такого нагрева, называемого диффузионным отжигом или гомогенизацией, выравнивается химическая неоднородность и сплав состоит из однородных кристаллов твёрдого раствора.

При кристаллизации сплавов , компоненты которых ограниченно растворимы друг в друге в твёрдом состоянии, можно наблюдать явление, называемое зональной ликвацией или ликвацией по плотности. Например, в сплавах Pb—Sb (свинца и сурьмы) выделяющиеся в процессе кристаллизации кристаллы α (твердого раствора Sb в РЬ) или β (твердого раствора РЬ в Sb) значительно различаются по плотности от остающейся жидкой части сплава и вследствие этого на поверхность всплывают кристаллы β и соответственно оседают на дно кристаллы α. В результате слиток получается неоднородным по составу и свойствам.

Чтобы предупредить ликвацию по плотности, сплав быстро охлаждают, как, например, при получении свинцовистой бронзы, энергично перемешивают, а иногда добавляют третий компонент, кристаллизующийся первым в виде разветвленных дендритов, препятствующих расслоению сплава. Этот последний способ используют при получении вкладышей из баббитов.