Дендритной структуры

пространства, кристаллизующиеся R последнюю очередь, будут обогащены компонентом Л, понижающим температуру плавления сплава, и их состав близок к копией грации, соответствующей исходной концентрации сплава. Такую неоднородность состава сплава внутри отдельных кристаллов, называют внутрикрисгпаллшпной или дендритной ликвацией. Чем больше разность температур между солидусом и ликвидусом, тем больше дифференциация по составу между жидкой и твердой фазами и тем сильнее проявляется этот вид ликвации. Вследствие разной гравимости участков твердого раствора, имеющих неодинаковый состав, неоднородность внутри каждого кристалла может быть легко выявлена при микроанализе (см. рис. 58, а).

Для исследования были выбраны литейные сплавы ЖС6У (как наиболее жаропрочный) и ВЖЛ12У (как самый пластичный из литых лопаточных материалов). Образцы были получены по технологии изготовления лопаток и подвергнуты контролю на рентгеновском дефектоскопе. Изучение рельефа деформации образцов и их механических свойств в вакууме проводили на установке ИМАШ-5С-65. Влияние воздушной среды и скоростного воздушного потока на свойства сплавов определяли на экспериментальной аэродинамической установке. Испытания на кратковременную прочность проводили при температуре 1000° С и скорости растяжения 0,15 мм/с, а на термостойкость по режиму: нагрев до 1100° С — 20 с, выдержка 10 с, охлаждение до 150° — 30 с. При этом на образец действовала постоянная нагрузка 10 кгс/мм2. Образцы исследовали в литом состоянии и после термической обработки по режимам, указанным в таблице. Исходная структура сплавов представляет собой твердый раствор с сильно выраженной дендритной ликвацией, в которой видны как крупные первичные выделения, представляющие эвтектику упрочняющей

Особенно велика разница в свойствах стали в продольном и поперечном направлениях с возрастанием количества неметаллических включений. Увеличение количества включений в конструкционной углеродистой стали всего на один балл снижает поперечное сжатие на 10%. Анизотропия свойств кованой стали является следствием вытянутости неметаллических включений и структурной полосчатости, обусловленной дендритной ликвацией литой стали.

Ликвация зональная и дендритная. Зональная ликвация — неоднородность в распределении элементов по зонам поковки или прутка. В поперечных микрошлифах ликвация заметна по различной травимости разных зон. Зональная ликвация сопровождается дендритной ликвацией, представляющей собой неоднородность в распределении элементов в пределах одного дендрита. Дендритная ликвация в изделиях определяет наличие полосчастости и волокнистости стали.

В процессе кристаллизации обычно образуются кристаллы твердого раствора дендритного типа, поэтому оси первого порядка, возникающие в начальный момент кристаллизации, обогащены более тугоплавким компонентом В. Периферийные слои кристалла и межосные пространства, кристаллизующиеся в последнюю очередь, будут обогащены компонентом А, понижающим температуру плавления сплава, и их состав близок к концентрации, соответствующей исходной концентрации сплава. Такую неоднородность состава сплава внутри отдельных кристаллов называют внутри-кристаллитной, или дендритной, ликвацией.Чем больше разность температур между солидусом и ликвидусом, тем больше дифференциация по составу между жидкой и твердой фазами и тем сильнее проявляется этот вид ликвации. Быстрое охлаждение способствует развитию дендритной ликвации. Вследствие разной травимости участков твердого раствора, имеющих неодинаковый состав,

В процессе кристаллизации кристаллиты, выделяющиеся из жидкого раствора, имеют переменный состав, зависящий от температуры. Возникает неоднородность химического состава — ликвация. При этом неоднородность химического состава сплава внутри отдельных зерен называют внутрикристаллитной (или дендритной) ликвацией.

В случае ускоренного охлаждения сплава при кристаллизации диффузионные процессы не успевают завершиться. В связи с этим центральная часть каждого зерна оказывается обогащенной более тугоплавким компонентом (в данном случае В), а периферийная — легкоплавким компонентом (А). Это явление называется дендритной ликвацией, снижающей прочностные и другие свойства сплавов. Ее предотвращение возможно за счет медленного охлаждения сплава, обеспечивающего его равновесную кристаллизацию.

Многие из указанных материалов и методов обработки применяются при изготовлении деталей, подвергающихся при эксплуатации периодическим нагревам. Чаще качество этих деталей оценивают по прочности связи слоев, отличающихся друг от друга составом, и по способности сопротивляться образованию трещин термической усталости. Однако с гетерогенизацией структуры и свойств в пределах поперечного сечения детали появляются условия для необратимого формоизменения. Ниже рассмотрены некоторые вопросы влияния химической макронеоднородности на размерную стабильность стали. Роль микроскопической неравномерности распределения компонентов сплава, обусловленной гетерофазной микроструктурой материала, дендритной ликвацией и др., обсуждалась ранее.

В реальных условиях охлаждения состав кристаллов получается неоднородным. Это происходит потому, что скорость кристаллизации больше скорости диффузии и у кристаллов, образующихся при температуре выше (л, не успевает произойти диффузионное перераспределение компонентов. Внутренние участки кристалла обогащаются тугоплавким компонентом В, а наружные — компонентом А Такая неоднородность химического состава называется внутрикристолли-ческой, или дендритной, ликвацией. Ликвация чаще всего играет отрицательную роль, так как ухудшает технологические и механические свойства сплавов.

исходная структура; условия термической обработки (температура нагрева, продолжительность, условия охлаждения — природа охлаждающей среды и скорость ее перемешивания), химическая микронеоднородность твердого раствора, определяемая дендритной ликвацией, внутренней адсорбцией в твердых растворах, характером взаимодействия растворенных атомов между собой, процессом образования и растворения карбидной фазы и присутствующими в сталях несовершенствами кристаллической решетки.

пространства, кристаллизующиеся в последнюю очередь, будут обогащены компонентом А, понижающим температуру плавления сплава, и их состав близок к концентрации, соответствующей исходной концентрации сплава. Такую неоднородность состава сплава внутри отдельных кристаллов называют внутрикристаллитной или дендритной ликвацией. Чем больше разность температур между солидусом и ликвидусом, тем больше дифференциация по составу между жидкой и твердой фазами и тем сильнее проявляется этот вид ликвации. Вследствие разной травимости участков твердого раствора, имеющих неодинаковый состав, неоднородность внутри каждого кристалла может быть легко выявлена при микроанализе (см. рис. 58, а).

Так как при затвердевании имеет место так называемая избирательная кристаллизация, т. е. в первую очередь затвердевает более чистый металл, то границы зерен обогащены примесями. Неоднородность химического состава в пределах дендрита называется дендритной ликвацией. В большей степени, чем другие элементы, ликвации подвержены углерод, сера, фосфор.

Таким образом, вероятность образования разветвленной дендритной структуры повышается с уменьшением градиента температуры grad Тф в жидкости перед фронтом кристаллизации, с увеличением скорости кристаллизации укр и содержания примеси С0, а также с уменьшением коэффициента распределения примеси k.

структура также ячеистая, а в центре шва возможно образование дендритной структуры. Ячеис-то-дендритная структура обра-Ячеистая зуется при значительном содержании примесей и существенном уда---------------— лении зоны, максимального концентрационного переохлаждения

Для выявления дендритной структуры в литых деталях исследуемую поверхность макрошлифа подвергают травлению в 15%-ном водном растворе персульфата аммония при температуре 80-90°С в течение 5-10 мин.

Интересным фрактальным объектом является дендритная структура литого металла, как бы копирующая строение дерева. В усадочной раковине 100-тонного стального слитка Д.К. Чернов обнаружил дендрит длиной в 39 см (рисунок 2.9, а). Традиционно для количественного описания дендритной структуры используют параметр в виде расстояния между дендритами, зависящего от скорости охлаждения. Для дендритов характерна степень ветвления (рисунок 2.9, б). Она отражает фрактальную природу этого типа микроструктур, формирующуюся при таких условиях, когда направление роста ветвей дендрита контролируется направлением потока тепла, сопровождающимися переходами устойчивость - неустойчивость - устойчивость. Отмечена широкая область геометрических форм степеней локального порядка в дендритной структуре сплава. В настоящее время рост дендрита рассматривают с позиции контролирующего влияния на процесс роста диссииативной структуры. Компьютерный расчет дендритов и определение фрактальной размерности его структуры позволил отнести дендриты к классу фрактальных агрегатов Виттен-Сандера (рисунок 2.10) [12].

нога сплава при 1550°С с температурой формы 1050°С и опускании в алюминиевый сплав (700°С) в стартовой зоне лопатки формируются центральные и боковые дендриты, количество их может составлять пять, семь и более (см. рис. 212). При перегреве до температуры 1750°С и выдержке в течение определенного времени (т) сокращается количество тугоплавких соединений (оксидов и карбидов). В процессе кристаллизации тугоплавкие оксиды группируются параллельными рядами по оси лопатки и таким образом создают границы фронта кристаллизации. Чем больше скорость кристаллизации, тем менее упорядочен рост дендритной структуры. При высокотемпературной (1280°С) термообработке они приобретают более упорядоченный характер.

Интересным фрактальным объектом является дендритная структура литого металла, как бы копирующая строение дерева. В усадочной раковине 100-тонного стального слитка Д.К. Чернов обнаружил дендрит длиной в 39 см (рисунок 2.9, а). Традиционно для количественного описания дендритной структуры используют параметр в виде расстояния между дендритами, зависящего от скорости охлаждения. Для дендритов характерна степень ветвления (рисунок 2.9, 6). Она отражает фрактальную природу этого типа микроструктур, формирующуюся при таких условиях, когда направление роста ветвей дендрита контролируется направлением потока тепла, сопровождающимся переходами устойчивость - неустойчивость - устойчивость. Отмечена широкая область геометрических форм степеней локального порядка в дендритной структуре сплава. В настоящее время рост дендрита рассматривают с позиции контролирующего влияния на процесс роста диссипативной структуры. Компьютерный расчет дендритов и определение фрактальной размерности его структуры позволили отнести дендриты к классу фрактальных агрегатов Виттен-Сандера (рисунок 2.10) [12].

Как и при литье алюминиевых и медных сплавов, давление препятствует возникновению развитой дендритной структуры (при давлении 6—8 МН/м2).

Одними из самых сложных для металлографического изучения являются самофлюсующиеся покрытия системы N1 — Сг — В — —Si — С, состоящие из твердого раствора на основе никеля, эвтек-тик сложного состава, упрочняющих фаз (фото 19, б — м). Структура частицы порошка сплава ПН77Х15СЗР2 показана на фото 19, а. Методом химического травления выявлено четкое дендритное строение частицы. При неполном проплавлении напыленного покрытия это строение сохраняется (фото 19, б). Изменение температуры оплавления заметно отражается на структуре, а следовательно, и на свойствах покрытий. Наилучшие свойства обеспечивает однородная по сечению структура с мелкодисперсными выделениями упрочняющей фазы (фото 19, -г, к). Чрезмерное повышение температуры оплавления сплавов приводит к огрублению структуры, образованию крупных выделений упрочняющей фазы (фото 19, в, д), формированию дендритной структуры (фото 19, е). Результатом огрубления структуры самофлюсующихся сплавов является снижение механических свойств покрытий. Особенно тщательно необходимо контролировать размер выделений упрочняющей фазы, которая, согласна литературным данным и результатам исследований, полученным в Лаборатории ИГД СО АН СССР, представлена карбидами, боридамц и карбоборидами хрома, борокарбидами никеля.

Травитель 1а [10—20 мл H2SO4; 90—80 мл Н2О]. Кешиан [3] предложил использовать этот раствор в горячем состоянии (при 70° С). Им вытравливают преимущественно сульфидные включения. Для выявления крупных пор наиболее подходит 10%-ный раствор серной кислоты (травление в течение 24 ч); такие же результаты дает травление 20%-ным раствором в течение 6 ч. Различное применение находят растворы еще больших концентраций. 25%-ный раствор серной кислоты рекомендован для выявления фигур деформации и дендритной структуры. Травление проводят при комнатной температуре в течение 8—16 ч.

ния дендритной структуры литой марганцовистой стали. Травление происходит предпочтительно внутри межосных пространств с пониженной степенью чистоты, чем по осям. Почернение особенно интенсивно при наличии двойных сульфидов, содержащих марганец.

При содержании 0,55% Са отмечено появление дендритной •структуры Эвтектоид очень тонкого строения. Каждое зерно аусте-нита при охлаждении распадается на несколько зерен эвтектоида. Вторичного цементита очень мало. Эвтектика тонкого строения; .имеются отдельные участки структурно-свободного цементита.