Было установлено два типа воздействия модификаторов (рис. 1) на структуру:
· монотонное измельчение зерна с повышением содержания модификатора. При очень малых концентрациях влияние модификатора несущественно, а при концентрациях более 0,2-0,6% оно стабилизируется, поэтому обычно содержание модификаторов составляет 0,1-0,3%;
· немонотонное измельчение зерна с областью оптимальной концентрации 0,01-0,1%, превышение которой приводит к увеличению размера зерна.
Вариант монотонного уменьшения размера зерна с повышением концентрации модификатора характерен для нерастворимых примесей-катализаторов (например, титан в алюминии), а вариант немонотонного измельчения зерна - для поверхностно-активных растворимых примесей (например, магний в цинке).
Рис. 1. Схема влияния содержания модификатора на величину макрозерна сплава:
1 - монотонное измельчение зерна; 2 - немонотонное измельчение зерна.
Рис. 2. Влияние модификаторов на структурные составляющие сплавов.
Воздействие модификаторов на отдельные структурные составляющие сплава схематически изображено в табл. 6 и на рис. 2. Было установлено, что добавка 0,08% бора в сталь Х15Н25Л уменьшает размер макрозерна с 9 до 2 мм.
Таблица 6 Результаты воздействия модификаторов на структуру.
Тип сплава | Результат | Структуры (рис. 2) |
Сплавы - твердые растворы (углеродистые стали с феррито-перлитной структурой) | Измельчение первичного зерна | 1,2 |
-"- | Фазовая перекристаллизация | 1,3 |
-"- | Измельчение вторичного зерна после фазовой перекристаллизации | 1,2,4 |
Сплавы с первичными выделениями и эвтектикой (серый и высокопрочный чугун) | Измельчение обеих структурных составляющих | 5,6 |
-"- | Крупнокристаллическая эвтектика | |
-"- | Тонкопластинчатая эвтектика с очень короткими пластинами | |
-"- | Измельчение отдельных крупных структурных составляющих | 9,10 |
-"- | Коагуляция и сфероидизация структурных составляющих | 11,12 |
Наряду с понятием "модификаторы" существует обратное понятие "демодификаторы" - добавки, повышающий размер зерна. Они увеличивают работу образования зародыша, задерживают его образование и понижают вероятность возникновения центра кристаллизации. К демодификаторам относятся: висмут, свинец, сурьма - для чугуна; сера и углерод - для магнитных сплавов системы Fe-Ni-Co-Al-Cu-Ti (увеличивают размеры столбчатых кристаллов).