2.5 Структура безперервнолитої заготовки

У структурі заготівки зазвичай явно помітні наступні зони:

1. Кірка|скоринка| заготовки |- зона дрібних|мілких| безладно орієнтованих кристал­ів|; товщина її залежить від умов розливання та інтенсивності охолодження| і складає 10…20 мм.

2. Зона стовпчастих| кристалів.

3. Осьова зона рівноосних| безладно| орієнтованих кристалів з|із| підвищеною концентрацією лікватів| і слідами усадкових явищ. При малих розмірах заготівки|заготівлі| та інтенсивному| охолоджуванні третьої зони може не бути.

Так само, як і при розливанні у виливниці|, при охолоджуванні і кристалізації| лінійні розміри (перетин) безперервнолитої| заготовки|зливка| зменшується|; це повинно враховуватися формою кристалізатора (використовують невелику| конусність|) і зміною відстані| між направляючими|скеровувати| вал­ками| (роликами). Розвиток лікваційних| явищ в безперервному| зливку|зливку| обмежений малою тривалістю| кристалізації, а зональ­на| ліквація| мінімальна; проте|однак| хімічна| і кристалічна неоднорідності| спостерігається і в безперервній| заготовці|зливку|, і це враховується при організації технології.

Відмітними особливостями формування безперервної заготовки|зливка|, які визначають його будову|споруду|, є високі швидкості кристалі­зації| і мала тривалість її повного|цілковитого| твердіння, тому поява | ліквації| в безперервній заготовці|зливку| значно менше, ніж в звичайній|звичному|. Проте|однак| при високих скоро­стях| витягування глибина рідкої фази, в якій формується осьова зона заготовки|зливка|, досягає значних розмірів. Осьова зона литих загото­вок| є|з'являється| тепловим центром, який твердіє| в останню чергу. Цей тепловий центр постійно спостерігається| в заготовці|зливку| і не може бути видалений|віддалений| або виведений. При твердінні| безперервнолитої заготовки|зливка| з|із| глибоким і сильно витягнутим розташуванням лунки металу, що кристалізується, і усадці заготовки|зливка| у зв'язку з переходом з|із| рідкого в тверде полягання|стан| в цій зоні утворюються і розвиваються значні| конвективні потоки. Ре­зультатом є|з'являється| посилення осьової ліквації| в безперервній заготовці|зливку|. Відповідно, з|із| наявністю витягнутої гострої лунки і значних конвек­тивних| потоків пов'язане утворення в осьовій зоні пористості та лікваційних | плям.

Осьова пористість і осьова ліква­ція| є|з'являються| основними внутрішніми| дефектами безперервної заготовки|зливка|.

У кристалізаторі формується тверда скориночка заго­товки|, яка по виходу |із|з кристалізатора несе на собі функцію оболонки, що утримує рідку фазу і забезпечує| теплоперенос| від серцевини до поверхні. Тому виникнення різного роду дефектів у твердій скориночці багато в чому залежить від умов кристалізації і властивостей сталі в області температур, що наближаються до температури солідус.

Основні види кристалічних структур, які утворюються при твердінні, в масштабі, відповідним розмірам| дендритів|, представлені на рис. 2.12. Відомо, що більш частіше в заготовках зустрічається структура рівноосних дендритів| (рис. 2.12а), які |зростають|ростуть і формуються |всередині рідко-твердої зони і мають практично будь-яку спрямованість головних осей відносно поверхні заготовки.

Характер|вдача| розвитку зони рівноосних дендритів залежить як від хімічного складу металу, так і від ступеня його перегріву над температурою ліквідус. При цьому твердіння в зоні рівноосних дендритів| відбуваєт|походить|ься по механізму гетерогенного зародження центрів кристаліза­ції| або по механізму дендритної мультиплікації (множення| числа зародків за рахунок руйнування гілок дендритів|). Процес дендритної мультиплікації посил|підсилюється|юється за наявності конвективних і вихрових течій, а також пульсуючих| перепаді|тиснення|в тиску р|біля|ідини у

а б в

а - структура рівноосних дендритів|; б - структура| стовпчастих дендритів|; в - рівноосна “не денд­ритна|” структура

Рис. 2.12. Основні види кристалічних структур, які утворюються при твердінні безперервнолитих| загото­вок.

фронту твердіння|. |звично|Зазвичай в макроструктурі безперервнолитих| заготовок розрізняють дві зони рівноосних дендритних кристалів. Одна з цих зон пролягає від поверхні на глибину декількох| міліметрів і має яскрав|виказувати|о виражену дрібнозер­нисту| структуру. Інша зона рівноосних дендритних кри­сталів| розташовується в осьовій зо|заготовки|ні заготівки, і розміри кристалів в ній в десятки разів більше, ніж в першій зоні.

В тому випадку, якщо|у тому випадку , якщо| процес гетерогенного утворення зародків|| не отрим|одержує|ує великого розвитку, а процес денд­ритної| мультиплікації має мінімальний пр|вияв|ояв (мінімальний розвиток процесів термогравітаційної| конвекції при високому температурному градієнті), то в за­готовках| спостерігається переважно напра|спрямоване|влене зрос|зріст|тання стовпчастих дендритів| (рис. 2.12б). Відомо, що протяж­ність| зони стовпчастих дендритів| та її щільність помітно впливає на стійкі |і пластичні властивості заготовок. Зона стовпчастих дендритних кристалів розташовується в безперервнолитій||заготовці| заготовці між двома зонами рівноосних дендритних кристалів. Залишкова протяжність| дендритів| визначається динамікою процесу їх укруп|цебто|нення, тобто, чим менше час перебігу цього процесу, тим більше подрібнення дендритної структури буде досягнуто.

Якщо сплави інтенсивно перемішуються|перемішують| протягом відповідного| відрізку часу початкової стадії тверді­ння| (як, наприклад, це відбуваєть|походить|ся в кристалізаторі сорто­вої| МБЛЗ або при застосува|вживанні|нні електромагнітного перемішування|), то дендритна мультиплікація розвивається в та­ких| масштабах, що зви|звична|чайна дендритна структура значно| зменшується по своїй протяжності. У ряді випадків інтенсивне перемішування рідкої фази взагалі зупиняє| нап|спрямоване|равлене зр|зріст|остання дендритів|. Замість цього ­твердіння| проходить з сфероїдальних зростаючих центрів. Отже, за х|вдача|арактерну особливість цієї зони твер­діння| можна вважати наявність перед фронтом твердіння| області рідини,|утримує| що містить у вигляді механічної суміші велику кількі|мілких|сть дрібн|часток|их частинок твер|із|дої фази. З певн|мірою|им ступенем умовності представляється можливим| говорити про зону “недендритної” рівноосної структури. Найбільш екстремальний випадок розвитку процесу твердіння| по описаній схемі |уявляти|представлений н|ст|а рис. 2.12в. Властивості матеріалу такої структурної зони можуть сильно відрізнятись від властивостей матеріалу|| в зонах з дендритною структурою, що дозволяє достатньо| точно ідентифікувати цю зону на практиці.

Разом з тим|в той же час|, на практиці досягнення чистої равноос­ної| “не дендритної” структури в сортових безперервноли­тих| заготовках представляється маловірогідн|малоймовірним|им. Про|однак|те, в зо­нах|, підданих могутньому примусовому перемішува­нню| безпосередньо в процесі твердіння, багатьма дослідниками| наголошується зміна властивостей матеріалу при подрібненні його кристалічної структури (наприклад, так звані “білі” смуги при електромаг­нітному| перемішуванні).

Окрім|крім| розглянутих|розглядувати| типових видів кристалічних структур, в макроструктурі будь-якої заготовки|заготовки| слід|прямує|| також розрізняти зони |із|з так званими “перехідними” або “змішаними” структурами. Найбільш вразливою з погляду різкої зміни рівня механічних властивостей представляється зона структурного перехо­ду| від зони стовпчастих дендритних кристалів до зони равно­осних| дендритів|. З тепло фізичної точки зору ця пере­хідна| зона відповідає моменту часу, в який швидкість| відв|відводу|едення тепла через тверду скориночку зменшується до таких величин, що вона приблизно відповідає швидкості виділення| тепла вільноплаваючими перед фронтом затвер­днення| твердими кристалами. Протяжність цієї зони багато в чому залежить від умов твердіння з|заготовки|аготівки |загалом|в цілому.

Нерівномірне відведення|відвід| тепла від заготов­ки|, що твердіє, виклика|спричиняє|є неоднаковий розподіл температур в твер­дій| скориночці, що обумовл|зумовлює|ює формування в ній внут­рішньої| напр|напруження|уги, як|з'являється|а є причиною деформування| загот|заготовки|івки в поперечному і подовжньому перетині. Це приво|призводить|дить до розвитку чисе|багаточисельних|льних поверхн|поверхових|евих і внутрішніх дефектів, що знижують якісні показники і механічні властивості литого металу та скорочення терміну| служби металовиро|із|бів з них.