Кристаллизация

Кристаллизацией называется образование кристаллов в металлах при переходе их из жидкого состояния в твердое. Это первичная кристаллизация. Процесс кристаллизации начинается с образования кристаллических зародышей. Эти первичные группы кристаллов получили название центров кристаллизации. Они возникают самопроизвольно. Далее к этим центрам присоединяются вновь образовавшиеся из жидкого металла кристаллы; одновременно с этим растут новые центры кристаллизации.

Пока образовавшиеся кристаллы растут свободно, они имеют правильную геометрическую форму. При столкновении растущих кристаллов их форма нарушается, т.е. в месте соприкосновения рост отдельных граней прекращается, но сохраняется правильность строения внутри каждого кристалла. Кристалл, с правильным внутренним строением, после затвердевания не имеет правильной геометрической формы и называется зерном.

Таким образом, кристаллизация состоит из двух стадий:

1) образования центров кристаллизации;

2) роста кристаллов вокруг этих центров.

Центрами кристаллизации могут быть неметаллические включения и самопроизвольные центры - группы правильно расположенных атомов, возникших при кристаллизации.

Вторичная кристаллизация - это превращения в затвердевшем металле при его остывании. Температура соответствующая какому-либо превращению, называется критической точкой.

Объемная кристаллизация - это кристаллизация в малых объемах жидкости. Переохлаждается весь объем жидкости сразу. Центры кристаллизации образуются сразу во всем объеме отливки. Отливка состоит из равноосных зерен, но химически неоднородных. Сначала образуются кристаллы с наименьшим содержанием примесей, а остающаяся жидкость все больше ими обогащается,

Избирательная кристаллизация - это когда зерна сначала строятся из атомов металла, а неметаллические включения оттесняются на границах зерен.

Последовательная кристаллизация - это кристаллизация в больших объемах жидкости, например в изложнице. Кристаллизация начинается у стенок и дна изложницы и постепенно идет во внутрь. Поэтому для слитка характерно несколько зон с неодинаковым строением кристаллов (зерен).

При охлаждении и затвердевании слитка происходит сокращение объема – усадка стали. Затвердевание у стенок изложницы вызовет понижение уровня оставшегося металла. Затвердевание последующих слоев будет вызывать все большее понижение уровня жидкого металла. В результате в верхней части слитка образуется пустота, которая называется усадочной раковиной.

Величина зерна при кристаллизации зависит:

1. От скорости охлаждения; чем больше скорость, тем больше успевает образоваться центров, тем мельче зерно.

2. От введения модификаторов (Al, Na, Mg); они создают центры кристаллизации. Это наиболее прогрессивный метод регулирования размеров зерен, их формы, а, следовательно, и свойств металла.

Стали, раскисленные алюминием, называются наследственно мелкозернистыми; например, марка стали 08Ю.