Строение металлического слитка

Кристаллизация жидкого металла начинается в тонком слое у поверхности более холодной изложницы (см. рис. 1.10). Величина и форма кристаллов слитка после процесса кристаллизации зависит от степени переохлаждения, направления отвода тепла, существующих готовых центров кристаллизации.

Слиток состоит из зон мелких равноосных кристаллов У, столбчатых кристаллов 2, равноосных кристаллов 3 и усадочной раковины 4 (рис. 4.8). Зона мелких кристаллов 1 об;

Рис. 4.8. Формирование структуры слитка:

а — нормальное охлаждение (небольшая At); б — сильный перегрев и быстрое охлаждение (большая At); в — очень медленное охлаждение (малая At); г — заготовка кремнистой стали, полученной непрерывной разливкой, где в углу имеются три зоны затвердевания (X 2) разуется за счет сильного переохлаждения жидкого металла при соприкосновении с холодной стенкой изложницы. Зона столбчатых (удлиненных) дендритов 2 (зона транскристаллизации) образуется из-за направленного отвода тепла через закристаллизовавшийся ранее металл.

В средней части слитка из-за медленного охлаждения (малая степень перегрева жидкого металла) формируется зона 3, состоящая из равноосных различно ориентированных дендритов. Жидкий металл имеет больший объем, чем твердый, поэтому в верхней части слитка, которая застывает последней, образуется пустота — усадочная раковина. Структура литого металла зависит от степени переохлаждения At. Чем больше скорость охлаждения, тем больше степень переохлаждения и ниже температура конца кристаллизации.

При очень больших скоростях охлаждения (например, при распылении струи жидкого металла в потоке газа она превышает 10⁶ °С/с) диффузия атомов подавлена, они не успевают образовать кристаллическую решетку и хаотически располагаются в пространстве, образуя как бы застывшую жидкость — аморфное (а — отрицательная частица и греч. morphe — форма) или стеклообразное строение металла. Такие материалы отличаются высокими механическими и физико-химическими свойствами, коррозионной стойкостью, сверхпроводимостью, магнитными характеристиками и т. д., которые в естественных условиях не зависят от направления в веществе (изотропия).

При нагреве вещество с аморфной структурой, размягчаясь, переходит в жидкое состояние постепенно, т. е. в аморфном состоянии отсутствует определенная точка плавления. Это обусловлено ближним порядком атомов у вещества в аморфном состоянии, так как с увеличением расстояния между атомами при повышении температуры упорядоченность исчезает через 1—3 им.

Сверхбыстрая кристаллизация позволяет получать сложные композиции сплавов, которые невозможно получить выплавкой.