Бураков (550672), страница 8
Текст из файла (страница 8)
перника Особенности ириетпллизацин йо г,о ОО с, ус, оо ог ооеоогоооооойг дгфуологгогойойоимут фо йг йо 42 йо ге с, Ос Рис. 12. Структуриаи диаграмма дли чугуна (по Г. ф. Баландину н Н. И. Канунникову): СобШ обШее количество углерода; С21, — кол вчество углерода в виде графита ной и уточненной А. И. Вейником на основе исследований Н. Г. Гиршовича, А. Я.
Иоффе и А. Ф. Ланды, можно найти также механические свойства отливок [2. ], Эта диаграмма нашла применение при расчетах на ЭВМ технологии литья чугуна в кокиль. Поэтому она приведена в гл. У[1. Диаграмма Н. П. Дубинина устанавливает связь между скоростью затвердевания и основными структурами матрицы чугуна [52]. Необходимо подчеркнуть, что она построена специально для литья в кокиль. Интересные исследования влияния и на характеристики графитных включений в чугунах проведены Б. Б.
Гуляевым [48). В частности установлено снижение по линейному закону отношения длины графитовых включений к их ширине с увеличением скорости затвердевания. Опыты проводили с чугуном, содержащим 3,45',4 С и 4„0% Ь1. Таким образом, с ростом и наблюдается сфероидизация графита. Экстраполируя экспериментальныеданные, автор исследований приходит к выводу, что при и, равной примерно 7 — 8 смемин, обеспечивается кристаллизация графита в шаровидной форме. Зависимость между скоростью затвердевания и кристаллизацией стали. На рис.
13 приведены графические зависимости между скоростью затвердевания и механическими свойствами отливок и слитков из углеродистой стали по Б. Б. Гуляеву. Там же показано влияние и на число кристаллов У1. Как видно, с увеличением скорости затвердевания растут прочность, более заметно вязкость и особенно пластичность металла. Все это объясняется измельчением структуры стали (рис. 13, г и 14, б), а также уменьшением размеров неметаллических включений в ней (рис. 14, а).
Аналогичный характер кривых на рис. 14, а и б следует из зависимости выделения неметаллических включений от особенностей кристаллизации металла. Зо Управление кристаллическим строением отливок ав Мдж/не 0,7 00 от5 04 0,5 0«2 01 0 402 Цай Ц00 ЦУ 02 000 700 000 Роа 002 ЦОР Ц0641 02 а,нн/с й))' 77СМ2 70 Ч,'% 00 00 го 70 0 ц07 цог цой цооц) 02 пии(с о 00) цог цОйц00ц) цг цйииЧс рис. 13.
Зависимость мех«начес«их свойств и числа Ф1 «ристаллов в слит«ах стали ЛОЛ от с«оростн аатверкевани» (но В. В. Гуляеву) данные, полученные Б. Б. Гуляевым, свидетельствуют, однако, о том, что размеры зерен во внутренних и наружных объемах цилиндрической стальной отливки оказываются неодинаковыми (в первом случае несколько мельче) при равных значениях скоростей затвердевания и что однозначная зависимость между размерами зерен и и наблюдается только для чистых металлов и эвтектических сплавов [48 1. Зависимость между скоростью затвердевания и кристаллизацией цветных сплавов. Эксперименты с алюминиево-кремниевыми сплавами показали, что с увеличением и размер зерен закономерно уменьшается.
Для сплавов, затвердевающих в интервале температур, как в случае затвердевания стали, зерна в поверхностных слоях отливки несколько крупнее, чем в осевой зоне ~481. Я Особенности лрнстояянооцои 36 мям 00 с г Я,Х $д Ы,б 4 ~~ 2 0 Ябг Ибо 000 0( 02 бгт Об (0 20 и,нм/с 0) мм 20 с» 4 (б к 10 йта(,Ф :6.2 (,0 б,б б,г 0 002 40( Обб О( 02 О( бб (О 2,0 и,мм/с Ряс. 14. Влияние скорости ватвердеваиня на равмер сульфидина включения,(а) м расстовнме между осями дендритов второго порядка (О) (по Б. Б.
Гуляеву) Детально исследовали особенности кристаллизации оловянистой бронзы Л. Ш. Зарецкий и В. Р. Ровкач. Опыты проводили с заливкой пластин из бронзы Бр ОЦС 5-5-5 (Т,„, = 1270 К, Т„, = 1120 К1 при температуре Т„, = 1400 —:1450 К. Выявлено, что наиболее заметное повышение прочности и пластичности на- Зт Основные положении теории кристаллизации 7П, 1б я.
10 ~~~ 0Х~ 0 пп . Пп бп 70 пп Пп Пп 70 бп 0% 7П 10 10 се,ппа Х ы 700 100 100 0 пб пб (7 10 ии рииер )врио Пвс 70 гб 10 б ве,гтрп 700 700 100 П пб 10 10 и,исус Рнс. 1б. Вливнне величины зерна иа механические свойства отливои из бронзы Бр Оцс б-б-б (л. ш. зарецкий, В. Р. Ровкач) Рис. 1б. Влиннне скорости затверлеваниа на механические свейства и величину зерна отливок из бронзы БР.ОЦС б б-б(Л ° Ш.
Зарецкий, В. Р. Ровкач) блюдается при увеличении скорости затвердевания до 1,0 мм/с. Последующее увеличение скорости влияет незначительно (рис. 15). Такой же характер влияния и и на размер зерна (верхняя кривая на рис. 15). Разница только в том, что с увеличением скорости теплоотвода размер зерна уменьшается. Связь механических свойств со структурой металла иллюстрируется кривыми на рис. 16.
Опытным путем установлено, что необходимые скорости затвердевания бронзы можно получить при литье в водоохлаждаемые алюминиевые кокили. Этот вывод получил подтверждение в производственных условиях на отливках не только из бронзы Бр ОЦС 5-5-5, но и из бронзы Бр ОФ 10-1. 2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ Параметры кристаллизации. В свете изложенного в предыдущем параграфе можно утверждать, что между кристаллизационными и тепловыми явлениями существует тесная связь. Однако экспериментальные данные в виде диаграмм скорость затвердевания — свойство мало что говорят о природе этой связи.
Как показали исследования Н. Г. Гиршовича и Г. Ф. Баландина, процесс формирования отливки раскрывается наиболее полно, если его рассматривать на двух уровнях — тепловом и кинетическом (5, Б, 45]. Принципиальный вывод этих исследований в том, что в реальных условиях кииетика кристаллизации определяется не кристаллизационными параметрами, а теплоотводом, к которому эти параметры кприспосабливаются». за Особенности кристаллиеаяии В реальных условиях кристаллизация протекает на затравках, число которых в единице объема равно У„и на зародышах, образующихся со скоростью и (м 'с ') в процессе кристаллизации. Параметр л зависит от переохлаждения ЬТ расплава. Образование центров кристаллизации в отливках осуществляется на подложечных включениях, что исключает необходимость глубоких переохлаждений жидкого расплава относительно температур равновесного превращения.
Подложечными включениями называется дисперсная, как правило, неметаллическая фаза, кристаллическая решетка которой близка к решетке кристаллизующегося вещества. Наиболее активные подложенные включения, т. е. такие, для которых работа образования зародышей равна нулю, воздействуют на процесс кристаллизации так же, как и мелкие кристаллы выделяющейся твердой фазы, и называются затравками.
Количество затравочных включений по-видимому, невелико, так как в большинстве случаев с ускорением охлаждения сплава и увеличением переохлаждения количество кристаллических зерен в единице объема не остается постоянным, а возрастает. Это означает, что в процессе кристаллизации подключаются менее активные, чем затравки, подложенные включения. Таким образом, центры кристаллизации (зародыши кристаллов) в общем случае возникают на подложечных и на затравочных включениях, Из теории кристаллизации известно, что зародышеобразование имеет инкубационный период; заметное увеличение п начинается при некоторой величине ЬТ.
При достаточно большом АТ функция и (ЛТ) проходит через максимум. Конкретный вид этой функции для различных условий приводится в работах [5, 45, 1501. Линейная скорость роста и граней кристаллов также определяется величиной переохлаждения. Чаще всего и = — -К(АТ) (22) где К вЂ” коэффициент роста; и — константа (равная единице для нормального роста кристаллов).
Кинетика объемной кристаллизации. Параметры п (АТ) и и (АТ) обусловливают кинетику объемной кристаллизации. Этот процесс описывается известным кинетическим уравнением А. Н. Колмогорова )с, = — )лсо(1 — е- ), (23) которое пригодно для неизотермического процесса, если (24) где сс — коэффициент формы кристаллов 151.
виновные ноловненин теории В частном случае образования шаровидных кристаллов только 4 на затравках (ер =.— — и; п = — О) объем затвердевшего металла з 1', =1., ~1 — ехр ( — 3 'У,) ~. (25) При выводе формулы (25) учтено, что и (т) Ит = й., где радиус кристалла, Закономерности объемной кристаллизации в кокиле. Для случая объемного затвердевания с постоянной скоростью на основании выражений (3') и (25) можно записать' ~ "о ' 1 = 1'„, ~ 1 — ехр ( — — пгвУ,) ~, тогда = ~ — —.'..'"(' -":,";;::,')1" (26) Здесь сохранены обозначения гл. !1. Из зависимости (26) находят скорость кристаллизации и суммарную площадь поверхности свободной кристаллизации. Дейе4г ствительно, и(1) = —, р Иг Л~, ееАрг", ач иг гчн Зная и (1), из уравнения (22) нетрудно определить и ЛТ.
Смысл перечисленных зависимостей поясняется расчетными кривыми, приведенными на рис. 17. Построены они для случая литья чугуна в кокиль при следующих условиях: Х, .—.... 0,005 м, оо =- 742 Вт((м' К), О„р — 1044 град., г, = — 268 10' Дж/кг, р, = = 7200 кг!и', У, = 0,2 10' м '. Здесь в качестве Т, принята сред- няя калориметрическая температура, при этом оо, определяли так, как рекомендовано в гл. 11.
Римские цифры у кривых соот- ветствуют четырем различным значениям коэффициента нормаль- ного роста К„р кристаллов (коэффициента пропорциональности в выражении (22): 7 — 91,9 10 в; П вЂ” 29,4.10 ', 1!1 — 9,6 10 ' и 7)г — 3,9 10 ' мl(с К)1. Крестиком обозначена точка перегиба кривых й, (() и го(1). нг Кривые на нижнем графике описывают изменение переохлаж- дения во времени. Прямая линия на этом графике представляет собой участок термической кривой для стадии охлаждения рас- плава, Точки 1 — 4 пересечения этой линии с кривыми соответст- вуют начальному переохлаждению. Для того чтобы процесс кристаллизации протекал в соответ- ствии с расчетными кривыми к моменту пересечения прямой и Особсииосаси крисасалличайии Рис.
77. Кинетмческие характеристики процесса ненаотермической объемной кристаллнаации чугунной отливки нрм литье и кокиль г 781 7,8 77 а7 Г 767 кривой (на нижнем графике), долж- аб ны существовать затравки, размеры Ф 6 которых легко найти по верхнему П77г графику рис. 17. Для этого достааб точно из точек 1, 2, 3, 4;провести об вверх прямые параллельно оси ординат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
