Модификаторы 2-го рода (нерастворимые)

Также на параметры кристаллизации и отражающую ее макроструктуру могут влиять и введенные в расплав твердые частицы. При этом ряд исследователей связывают это влияние именно с кон­тактным действием на процесс зарождения центров кристаллиза­ции. Объясняют это тем, что при введении в расплав нерастворимой при­меси со свойствами, близкими к свойствам кристаллизующегося вещества, происходит существенное снижение интервала метастабильности расплава. На этом положении основан, так называемый, прин­цип П. Д. Данкова, согласно которому гетерогенное зарождение вызывают нерастворимые примеси, обладающие структурным сходством с кристаллизующимся веществом. Такие примеси на­зывают изоморфными с кристаллизующимся веществом и мо­дификаторами 2-го рода. Они имеют параметры кристалличе­ской решетки, близкие к параметрам этого вещества, и ситается, что они обеспе­чивают, аналогично модификаторам 1-го рода, уменьшение ин­тервала метастабильности и измельчение макрозерна. Изоморф­ными являются примеси, периоды решетки которых отличаются от периода решетки кристаллизующегося металла не более, чем на 10...15 %. Обычное содержание модификаторов этого типа менее 0,1 %. Считается необходимым, чтобы центры кристалли­зации выделялись в очень дисперсном виде (не более 1 мкм), об­разуя при этом устойчивую взвесь, не склонную к коагуляции и расслоению во время длительной выдержки расплава в миксере и в процессе литья.

На основе обобщения различных работ сформулированы следующие условия для выбора нерастворимых добавок (частиц) с наибольшей модифицирующей способностью:

· необходимо использовать тугоплавкие нерастворимые вещества, образующие в расплаве самостоятельную фазу;

· частицы твердой фазы должны в максимальной мере подчиняться принципу структурного и размерного соответствия;

· более эффективны дисперсные частицы с большой суммарной поверхностью раздела фаз и сопоставимые по размерам с кластерами порядка 1...10 нм;

· желательно, чтобы частицы обладали металлическими свойствами (по типу химической связи);

· наиболее эффективны частицы устойчивых химических соединений эндогенного происхождения, т.е. образовавшихся в расплаве в результате взаимодействия добавки с одним из компонентов или основой сплава;

· в большинстве случаев эффективные добавки образуют с основой сплава интерметаллиды и эвтектику (или перитектику) с эвтектической точкой, сильно смещенной к базовому компоненту.

Примеры модификаторов 2-го рода приведены в табл. 4.

Таблица 4. Модификаторы 2-го рода

Ряд исследователей считают, что модификаторы 2-го рода могут также образовываться из модификаторов 1-го рода. Так, характер действия модификато­ров 1-го рода, например бора в стали, может меняться при обра­зовании химических соединений модификатора с другими эле­ментами. При этом новое химическое соединение будет в конеч­ном счете играть роль самостоятельного модификатора. Эти со­единения при одних условиях могут быть поверхностно-активными, а при других наоборот инактивными (не снижаю­щими, а повышающими поверхностное натяжение). Так, бор в стали может образовать стойкое химическое соединение с желе­зом FеВ₂, которое послужит центром кристаллизации как моди­фикатор 2 рода (нерастворимая примесь). При вводе алюминия в сталь возможно образование (наряду с отмеченными в табл. 4 соединениями) нитридов алюминия, которые также создадут центры кристаллизации.

При модифицировании серого чугуна кремнием с целью получения чугуна с пластинчатым графитом в расплаве образу­ется "силикатная муть" (кремний, являющийся графитизатором, способствует появлению графитной спели - центров графитизации). При этом устраняется отбел, измельчается структура (фор­мируются мелкие пластинки графита). Одновременно уменьша­ется количество графитовых включений и повышаются механи­ческие свойства, их однородность, обеспечивается высокая из­носостойкость, обрабатываемость литых изделий. Наилучшие результаты модифицирования достигаются при пониженном со­держании кремния и углерода в исходном сером чугуне.

Модифицирование добавками, способствующими появле­нию центров кристаллизации, сопровождается уменьшением пе­реохлаждения (в отличие от модифицирования поверхностно-активными добавками, адсорбирующимися на поверхности рас­тущих кристаллов).