сталлизуется при строго
индивидуальной постоянной температуре. По окончании затвердевания
металла температура его снова понижается.
Практически кристаллизация
протекает при более низкой температуре, т.е. при переохлаждении металла до
температур Тп, Тп^ Тпг, (например, рис. 34, кривые 1, 2). Степень
переохлаждения (ДТ = Те - Тп) зависит от природы и чистоты металла, а
также - от скорости охлаждения. Чем чище жидкий металл, тем он более
склонен к переохлаждению. При увеличении скорости охлаждения степень
переохлаждения возрастает, а зерна металла становятся мельче, что
улучшает его качество. Для большинства металлов степень
переохлаждения при кристаллизации в производственных условиях
составляет от 10 до 30°С. При больших скоростях охлаждения она может
достигать сотен градусов.
Процесс кристаллизации состоит
из двух стадий: зарождения кристаллов (зародышей, или центров
кристаллизации) и роста кристаллов из этих центров. При переохлаждении
сплава ниже Тп на многих участках жидкого металла образуются способные к
росту кристаллические зародыши. Сначала образовавшиеся кристаллы растут
свободно и имеют более или менее правильную геометрическую форму
(рис.35, в, г, д). При соприкосновении растущих кристаллов их
правильная форма нарушается, так как в этих участках рост граней
прекращается. Рост кристалла продолжается только в тех направлениях, где
есть свободный доступ жидкого металла. В результате кристаллы, имевшие
сначала геометрически правильную форму, после затвердевания получают
неправильную форму, их называют кристаллитами или
зернами (рис 35, е).
Величина зерен зависит от числа
центров кристаллизации и скорости роста кристаллов. Чем больше центров
кристаллизации, тем мельче зерно металла. Величина зерен, образующихся при
кристаллизации, зависит от количества самопроизвольно зарождающихся
центров кристаллизации и от количества нерастворимых примесей, всегда
имеющихся в жидком металле. Такие нерастворимые примеси являются готовыми
центрами кристаллизации. Ими являются оксиды (например, А1гОз),
нитриды, сульфиды и другие соединения. Центрами кристаллизации в данном
металле или сплаве могут быть только такие твердые частицы, которые по
размеру соизмеримы с атомами основного металла. Кристаллическая
решетка таких твердых частиц должна быть близка по своему строению и
параметрам решетке кристаллизующегося металла. Чем больше таких
частиц, тем мельче будут зерна закристаллизовавшегося металла. Чем
выше скорость охлаждения, тем больше возникает центров кристаллизации и,
следовательно, мельче зерно металла.
Чтобы получить мелкое зерно,
создают искусственные центры кристаллизации. Для этого в
расплавленный металл (расплав) вводят специальные вещества -
модификаторы. Так, при модифицировании магниевых сплавов зерно
уменьшается от 0,2—0,3 до 0,01-0,02 мм, т.е. в 15-20 раз.
Модифицирование отливок проводят и введением в расплав добавок,
образующих тугоплавкие соединения (карбиды, оксиды). При модифицировании,
например, стали применяют алюминий, титан, ванадий, а для
модифицирования алюминиевых сплавов - марганец, титан, ванадий. Иногда в
качестве модификаторов применяют поверхностно-активные вещества
(ПАВ), Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы осаждаются
на поверхности растущих кристаллов, образуя очень тонкий слой,
который препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу
мелкозернистое строение.
