Таблица 23. Модифицирующие интерметаллиды

Контактное действие нерастворимых примесей на процесс зарождения центров кристаллизации наблюдается и в том случае, когда они не обладают структурным сходством с данным веществом. Такие примеси получили название активированных. Активированными для данного вещества они становятся после того, как некоторое время находились в жидком расплаве и покрывались слоем твердой фазы при кристаллизации. Увеличение температуры перегрева и длительности пребывания металла при высоких температурах приводит к полной или частичной дезактивации активных примесей, т. е. к расплавлению того активированного слоя на поверхности частиц примеси, который образовался в результате развития атомного контакта примесей с твердой фазой данного вещества.

Известно, что при литье алюминия практически полная дезактивация примесей наблюдается при перегреве на 50—60 °С. В условиях сварки, когда подобный перегрев всегда имеет место из-за малой длительности пребывания металла в жидком состоянии, дезактивация примесей не успевает развернуться в большей мере. Особенно это видно на примере электронно-лучевой сварки, когда несмотря на очень высокую температуру перегрева вследствие кратковременности процесса и большой скорости охлаждения взятый в избытке по сравнению со слитком модификатор сохраняет свое действие.

Среди различных гипотез, позволяющих выбирать инокуляторы, предлагаются отношение температур плавления, работа выхода электронов, акцепторная способность ^/-оболочки элемента [44] и др. Лучший показатель — соответствие кристаллических решеток.

Принцип структурного и размерного соответствия впервые сформулирован П. Д. Данковым [451. Согласно этому принципу «превращение» на поверхности твердого тела развивается таким образом, чтобы конфигурация атомов исходной твердой фазы сохранялась (или почти сохранялась) и в новой твердой фазе. Возникающая при кристаллизации решетка новой фазы сопрягается с кристаллической решеткой старой фазы подобными кристаллографическими плоскостями, параметры которых отличаются минимально друг от друга (до 12 %). При подобии плоских атомных сеток срастающихся граней такое срастание возможно не только для одинаковых по структуре решеток, но и для кристаллов с различными кристаллическими структурами. В работе [46] показано, что активность подложки относительно заро-дышеобразования определяется не величиной соответствия решеток,

а химической природой подложки. Авторы работы [47], изучая модифицирующее действие переходных элементов (Ш, Та, Л, V, ЫЬ, 2г, Сг, Мо, XV), установили, что лучшие модификаторы — элементы, имеющие больший атомный радиус по сравнению с радиусом алюминия, наименьшую концентрацию в интерметаллиде, наибольший собственный параметр решетки, создающие наибольший интервал затвердевания (по диаграмме состояния).

По представлениям А. Кибулы [48] зерно измельчается из-за наличия зародышей, на которых начинается кристаллизация расплава. Такими частицами могут служить карбиды, бориды и алюминиды переходных металлов, имеющие параметры решетки, соответствующие параметру решетки твердого раствора алюминия (0,404 нм).

Несомненный интерес представляет выбор модификаторов или их оптимального сочетания. Обычно такой выбор определяется экспериментально. Так, модификатор первого рода натрий успешно используется для измельчения структуры силуминов, но не рекомендуется для алюминиево-магниевых сплавов из-за взаимодействия с магнием, ведущего к охрупчиванию материала. Эффект комплексного модифицирования широко используется в практике литья и сварки, так как в большинстве сплавов имеются активные примеси. Поэтому введение в расплав любой примеси, растворимой в жидкой фазе и ограниченно растворимой в твердой фазе, вызывает эффект модифицирования. В качестве модифицирующих элементов широко применяется титан и цирконий. Использование бора и его сочетания с другими модификаторами возможно только в узких пределах (0,01—0,02 % В), что не всегда доступно на практике. Следует иметь в виду, что при совместном введении тех или иных примесей при так называемом комплексном модифицировании действие их не удается просто суммировать.Если в расплав чистого металла ввести вместе с растворимой примесью, которая увеличивает переохлаждение перед фронтом кристаллизации, нерастворимую активирующуюся или изоморфную примесь, которая уменьшает интервал метастабильности, то суммарное действие таких примесей может быть сведено к нулю. Однако одна из совместно вводимых примесей может иметь превалирующее действие. Это позволяет очень тонко регулировать структуру.

Существует оптимальное количество модификаторов, которое необходимо для измельчения кристаллов. Например, в слитке алюминия таким оптимальным количеством является 0,03—0,05 % Т\, а дальнейшее увеличение содержания титана здесь бесполезно. В металле шва такое содержание титана явно недостаточно и его следует увеличить до 0,07—0,12 %. Дальнейшее увеличение содержания данного модификатора также нецелесообразно или даже вредно, как и в слитке, из-за образования крупных интерметаллидов. Применительно к цирконию его оптимальное содержание в металле шва 0,1—0,2 %.

В отношении модифицирующего действия титана на алюминий известно несколько сотен работ, однако нет еще единого мнения п этому вопросу. По крайней мере, определились две теории: карбидо-боридная и перитектическая. Карбидо-боридная теория основана на подобии решеток ТУ32 и ПС, как и других карбидов, боридов; нитри-

81