что такое дендритная ликвация
Дендритная ликвация
Сплавы (за исключением эвтектических) в отличие от чистых металлов кристаллизуются не от конкретной температуры, а в интервале температур. Поскольку примеси и легирующие элементы преимущественно снижают температуру кристаллизации, то дендритные оси, образованием которых при более высоких температурах начинается кристаллизация, кристаллизуются с чистого металла. С понижением температуры кристаллизации атомы примесей и легирующих элементов вытесняются осями в межосевые промежутки, где при более низких температурах завершается кристаллизация.
Чем шире температурный интервал кристаллизации, тем больше склонность сплава к дендритной ликвации. Ликвация является нежелательным явлением, поскольку создает неоднородность свойств изделий. В частности, дендритная ликвация вызывает охрупчивание слитков, крупных отливок вследствие скопления вредных примесей в межосевых промежутках, на границах дендритных кристаллитов. Дендритную ликвацию можно уменьшить или устранить, проводя гомогенизирующий отжиг изделий.
Для измельчения дендритной структуры сталей и сплавов проводится воздействие на пограничной слой кристалл—жидкость. Воздействие достигается использованием ультразвуковых колебаний на жидкий металл, использованием разнообразных по составу модификаторов, специальных инокуляторов, воздествием магнитных и электрических полей.
Связанные понятия
300 К) полупроводниковых приборов. Удельная электрическая проводимость σ при 300 К составляет 10−4−10
10 Ом−1·см−1 и увеличивается с ростом температуры. Для полупроводниковых материалов характерна высокая чувствительность электрофизических свойств к внешним воздействиям (нагрев, облучение, деформации и т. п.), а также к содержанию структурных дефектов и примесей.
Диагра́мма фа́зового равнове́сия (диаграмма состоя́ния) желе́зо—углеро́д (иногда эту диаграмму называют «диаграмма железо—цементит») — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры.
Наблюдается на перитектических диаграммах с сильно различающейся температурой растворения фаз, например, алюминий-хром/цирконий/скандий.
Ликвация
Ликвация — неоднородность химического состава литейного сплава в различных частях отливки, возникающая при ее затвердевании, из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его жидкой и твердой фазах. Различают дендритную и зональную ликвацию. Дендритная ликвация — это химическая неоднородность, проявляющаяся в пределах одного дендрита — кристалла древовидной (ветвистой) формы. Причиной ее является так называемая избирательная кристаллизация, вследствие которой оси дендритов, растущие первыми, содержат меньше примесей, а затвердевающая позже между осями часть расплава обогащается этими примесями, что и приводит к неоднородности химического состава в различных частях каждого дендрита.
Зональная ликвация — химическая неоднородность в отдельных объемах отливки, т. е. различие химического состава в разных ее частях, возникающая в результате как избирательной кристаллизации, так и процессов перемещения ликвирующих элементов вместе с жидкой фазой из одной части отливки в другую при ее затвердевании. Так, более тяжелые примеси могут концентрироваться в нижней, а более легкие — в верхней частях отливки (ликвация по плотности), легкоплавкие компоненты литейных сплавов, затвердевающие в последнюю очередь (при более низких температурах), оттесняются в среднюю часть стенки отливки, что приводит к образованию разновидности зональной ликвации — осевой ликвации. Эта ликвация называется также прямой, в отличие от обратной, при которой в центральной части тела отливки содержатся более тугоплавкие компоненты, а легкоплавкие при кристаллизации вытесняются на ее поверхность.
Ликвация приводит к неоднородности механических и других эксплуатационных свойств литых деталей, вызывает их преждевременный износ и разрушение. Дендритную ликвацию в большинстве случаев удается устранить термической обработкой отливок, при которой за счет диффузионных процессов происходит выравнивание химического состава в пределах каждого кристалла (дендрита). Однако устранить образовавшуюся в отливке зональную ликвацию практически невозможно, поэтому стремятся предупреждать ее образование, создавая технологичные конструкции отливок, с равномерной толщиной стенок и без массивных узлов, вводя в сплавы добавки, уменьшающие ликвацию, применяя ускоренное охлаждение отливок.
Что такое дендритная ликвация
Ликвация – это неоднородность отливки по составу.
В литых сплавах можно наблюдать кристаллы разного состава. В некоторых сплавах во время кристаллизации может возникнуть ликвация либо в микромасштабе (дендритная ликвация), либо в боль¬шем масштабе, таком как масштаб отливки или слитка (макроликвация).
 |  |
| а | б |
Рисунок 1. Дендритная структура на изломе образца силумина Al-5%Si, стереомикроскоп (а) и дендритная ликвация в том же силумине, шлиф, оптический микроскоп (б); литье в землю.
Если диффузия растворенного вещества в твердом теле затруднена (рис. 2, а), то зародыши с содержанием растворен¬ного вещества Ха растут путем прибавления концентрических слоев, которые все более обогащаются растворенным веществом на поверхности раздела (рис. 2, б). При температуре Т жидкость находится в равновесии с твердым телом S. Таким образом, концентрация внутри твердого тела меняется от Х0 до X, а ее среднее значение равно X’.
Рисунок 2. Схема кристаллизации при затрудненной диффузии (Шредер А., Розе А. Металлография железа. ).
Такой вариант кристаллизации показан для сплава Al-Cu. На рис.3 показана структура этого сплава в литом состоянии, без какой-либо термической обработки. Белые участки – это участки дендритов, закристаллизовавшиеся первыми. В них можно различить дендритные оси 2-х порядков, состав их, конечно, может несколько отличаться, но по микроструктуре этого не видно. Кроме центральной белой можно выделить еще 2-3 зоны внутри каждого зерна по цвету. На увеличенной фотографии видно несколько лучше (рис.3,б). Кристаллизация шла вокруг первичного дендрита слоями. Всего визуально можно выделить 3 зоны (номера на рис. 3,б), плюс в границах (междендритное пространство) есть еще что-то.
 |  |
| а | б |
Рисунок 3. Дендритная ликвация в сплаве Al-4%Cu.
Если диффузия растворенного вещества в твердом теле пол¬ная, то затвердевание сплава протекает по законам бинарных диаграмм состояния (рис.4.). Первые зародыши с содержанием раство¬ренного вещества Х0 показаны схематически на рис. 4, б. Во время роста из них образуются кристаллы, обогащенные раство¬ренным веществом. Так как растворенное вещество быстро диффундирует по всему твердому телу, кристаллы всегда химически однородны и содержание в них растворенного вещества дается кривой солидуса S. При этом структура сплава более однородна и дендритной ликвации не видно (рис.5).
Рисунок 4. Схема кристаллизации при полной диффузии.
Рисунок 5. Структура силумина Al-5%Si; литье в кокиль
Микроликвация в стали 40ХН2МА показана на рис. 6. После литья сталь охлаждали достаточно быстро. В результате сформировались дендриты со структурой видманштетта (рис.6,а). В междендритных пространствах сконцентрировались примеси, в данном случае сульфиды (рис.6,б).
 |  |
| а | б |
Рисунок 6. Ликвация в стали 40ХН2МА.
Чем плоха такая структура? После деформации, как правило, формируются волокна, вытянутые вдоль направления деформации (рис. 7,а). Этот дефект носит название полосчатость. Полосы разного цвета – это полосы разного состава. В процессе деформации между ними могут формироваться трещины (рис. 7,б).
 |  |
| а | б |
Рисунок 7. Структура стали 40ХН2МА после осадки (а) и трещины, сформировавшиеся в процессе деформации.
Как бороться с ликвацией? Можно при помощи гомогенизирующего отжига. Ниже показана структура сплава после гомогенизации, закалки и старения. Ликвацию можно снизить (рис.8,а), а можно и практически убрать (рис.8,б). В последнем случае зерна сплава имеют несколько разный цвет. Это уже не ликвация. Зерна по-разному ориентированы в пространстве, и, следовательно, окрашиваются травящим реактивом по-разному. Выделения по телу зерна – упрочняющая фаза состава CuAl2.
 |  |
| а | б |
Рисунок 8. Структура сплава Al-4%Cu после закалки по различным режимам и старения.
дендритная (внутрикристаллитная) ликвация
Полезное
Смотреть что такое «дендритная (внутрикристаллитная) ликвация» в других словарях:
внутрикристаллитная ликвация — Смотри дендритная (внутрикристаллитная) ликвация … Энциклопедический словарь по металлургии
Ликвация — [segregation; liquation] (от лат. liquatio разжижение, плавление) неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образованными при кристаллизации слитка, непрерывнолитой заготовки и отливки. Ликвация… … Энциклопедический словарь по металлургии
дендритная ликвация — Смотри дендритная (внутрикристаллитная) ликвация … Энциклопедический словарь по металлургии
дендритная ликвация — внутрикристаллитная ликвация Ликвация внутри одного дендрита (кристаллита, зерна), определ. интервалом и скоростью кристаллизации; следствие неравномерности кристаллизации в условиях огранич. диффузии. Степень д. л. при повыш. скорости… … Справочник технического переводчика
пятнистая ликвация — [speckle segregation] ликвация в виде локальных участков, обогащенных легкоплавкими компонентами сплава; образуется в результате возникновения горячих трещин в твердо жидкой зоне под влиянием циклического движения расплава и заполнения этих… … Энциклопедический словарь по металлургии
зональная ликвация — [major (zonal) segregation] ликвация в отдельных частях (зонах) преимущественно в горизонтальной плоскости слитка или отливки. 3ональную ликвацию в вертикальной плоскости относят к ликвации по плотности (удельному весу) и рассматривают… … Энциклопедический словарь по металлургии
гравитационная ликвация — [gravity segregation] местная ликвация по высоте слитка (отливки), связанная с различием в плотности (удельном весе) твердой и жидкой фаз, а также не смешивающихся при кристаллизации жидких фаз; образуется вследствие движения частиц твердой фазы… … Энциклопедический словарь по металлургии
внеосевая (шнуровая) ликвация — [off center segregation] местная ликвация в слитках, образованная в вертикальных или близких к вертикальным участках переходной области. Возникновение внеосевая ликвация чаще всего связано со сползанием части объема переходной (двухфазной)… … Энциклопедический словарь по металлургии
осевая (V-образного типа) ликвация — [center segregation] положительная ликвация вдоль вертикальной оси слитка (отливки) в области осевой рыхлости; образуется вследствие заполнения маточным раствором двухфазной зоны V образных надрывов и трещин в центральной части слитка. Горячие… … Энциклопедический словарь по металлургии
подусадочная ликвация — [pipe segregation] положительная ликвация (или повышенная концентрация) С, S, Р и других элементов в зоне под усадочной раковиной стального слитка; Смотри также: Ликвация пятнистая ликвация … Энциклопедический словарь по металлургии
Дендритная ликвация и ее влияние на свойства сплавов. Можно ли устранить дендритную ликвацию?
Ликвация – неоднородность химического состава сплавов, возникающая при кристаллизации.
Ликвация обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур.При этом состав кристаллов, образующихся в начале затвердевания, может существенно отличаться от состава последних капель кристаллизующегося маточного раствора. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается ликвация, причем наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину интервала кристаллизации (для стали – сера, кислород, фосфор, углерод). Ликвация оказывает, как правило, вредное влияние на качество металла.
Дендритная ликвация может быть ослаблена продолжительным нагревом затвердевшего сплава при температурах, обеспечивающих достаточную скорость диффузии (несколько ниже солидуса). После такого нагрева, называемого диффузионным отжигом или гомогенизацией, дендритная структура литого сплава уже не выявляется и сплав состоит из однородных кристаллов твердого раствора.
Диффузионный отжиг – это термическая обработка, при которой главным процессом является устранение последствий дендритной ликвации.
Слитки из углеродистых сталей обычно не подвергают диффузионному отжигу, так как в них при нагреве под горячую обработку давлением из-за быстрой диффузии углерода в аустените дендритная ликвация успевает исчезнуть. Диффузионному отжигу подвергают слитки легированной стали с целью уменьшения дендритной или внутрикристаллитной ликвации, которая повышает склонность стали, обрабатываемой давлением, к хрупкому излому, к анизотропии свойств и возникновению таких дефектов, как шиферность (слоистый излом) и флокены (тонкие; внутренние трещины, наблюдаемые в изломе в виде белых овальных пятен).
Дендритная ликвация понижает пластичность и вязкость легированной стали. Поэтому слитки и крупные отливки нередко подвергают гомогенизирующему или диффузионному отжигу. Нагрев при диффузионном отжиге должен быть до высоких температур 1100-1200°С, так как только в этом случае более полно протекают диффузионные процессы, необходимые для выравнивания в отдельных объемах состава стали. Диффузия наиболее интенсивно протекает в начале выдержки, заметно снижаясь с течением времени. Поэтому во избежание образования большого количества окалины, уменьшения расхода топлива и увеличения производительности печей выдержка должна быть минимальной, обычно 15-20 ч. После выдержки садку охлаждают до 800-820°С в печи, а далее на воздухе.
Во многих случаях для уменьшения дендритной ликвации не проводят специального диффузионного отжига, а выполняют более высокий и длительный нагрев для горячей деформации. В результате диффузионного отжига получается крупное зерно. Этот недостаток устраняется при последующей обработке слитка давлением или в процессе последующей термической обработке.
Диаграмма состояния эвтектического типа для сплавов с частичной растворимостью одного компонента в другом в твердом состоянии. Атомы каких химических элементов образуют диаграммы такого типа? Постройте кривую охлаждения доэвтектического сплава и объясните превращения.
Рис. 19. Диаграмма состояния системы, компоненты которой образуют ограниченные твердые растворы и эвтектику.
Вполне аналогично рассмотренному будет протекать кристаллизация сплавов, ордината которых проходит правее точки b1, но левее точки b0.
При этом с понижением температуры из β-твёрдого раствора начнут выделяться α-кристаллы. Составы α и β фаз будут изменяться согласно линиям предельной растворимости аа0 и bb0.
Рис. 20. К кристаллизации сплавов, ордината которых проходит через эвтектическую горизонталь.
Кристаллизация заэвтектических сплавов, ордината которых проходит между точками е и b, протекает аналогично кристаллизации доэвтектических сплавов, рассмотренных на примере сплава 2. Только ниже линии ликвидуса вместо α-кристаллов выделяются β-кристаллы, из которых при дальнейшем охлаждении согласно кривой bb0 будут выделяться α-кристаллы.
В отличие от кристаллов, выпадающих непосредственно из жидкого расплава до достижения эвтектической температуры и получивших название первичных, кристаллы, выделившиеся из твёрдого раствора, называют вторичными. В рассматриваемом случае их обозначают символами αII и βII.
Из изложенного ясно, что в эвтектическом сплаве, т.е. сплаве 3 (рис. 20), ордината которого проходит через эвтектическую точку е, затвердевание жидкости начинается непосредственно одновременным выделением из нее α и β-твердых растворов. Таким образом, сразу начинается трехфазное превращение Ж↔α+β, за которым следует двухфазное равновесие α↔β. Смесь одновременно закристаллизованных двух твердых растворов α и β называют эвтектической смесью или просто эвтектикой.
Для уяснения особенностей распада фаз α и β, обусловленного понижением температуры и сопровождающегося выделением фаз βII и αII, подчеркнем следующее. При охлаждении доэвтектических сплавов в результате неизбежного распада имеющейся в них β-фазы (заметим: присутствующей в эвтектике и в виде вторичной фазы βII) также образуется и вторичная α-фаза (αII). Эта фаза сливается с окружающими ее зернами первичной фазы α и в виде самостоятельной структурной составляющей в сплавах не наблюдается. Поэтому на диаграмме состояния отмеченная особенность выделения αII не указывается.
То же самое можно сказать и о фазе βII при кристаллизации заэвтектических сплавов.
Рис. 21. Схема структур сплавов 1, 2 и 3 (см. рис.19, 20) при комнатной температуре.
Вторичные кристаллы αII и βII, выделяющиеся из эвтектических составляющих, объединяются с соответствующими фазами эвтектики и поэтому структурно не обнаруживаются.
Структуры некоторых сплавов приведены на рис. 21.
Рассматривая представленную на рис. 19 диаграмму состояния с точки зрения правила фаз, отметим следующие характерные особенности. Очевидно, что трехфазовому превращению Ж↔α+β, т.е. одновременному выделению твердых фаз α и β из раствора Ж, насыщенного обоими компонентами, должны предшествовать двухфазные равновесия Ж↔α и Ж↔β.
Как только для составов, расположенных между точками a и b, температура понизится до эвтектической, достигается некоторое новое предельное состояние жидкости: она становится насыщенной одновременно обоими видами кристаллов. Таким образом, в равновесии оказываются три фазы постоянного состава: α- и β- кристаллы, составы которых соответствуют точкам a и b, и жидкость эвтектического состава. Вариантность двухкомпонентной системы, находящейся в трех фазах, равна нулю: C=3-3=0. Поэтому эвтектическое превращение протекает при постоянной температуре.
рис 21
Рассмотрим построение ДС на примере сплава из 2-х взаимнонерастворимых в твердом состоянии компонентов, химически не взаимодействующих, но неограниченно растворимых в жидком состоянии. Таким примером может служить система Pb-Sb. Строим кривые охлаждения для ряда сплавов: