» » Структура слитков промежуточной формы и вертикальных
04.02.2017

Рассмотренная качественная характеристика структуры горизонтальных слитков остается той же и в слитках промежуточной формы и даже в вертикальных. В промежуточных слитках, у которых высота примерно равна ширине, в случае, если металл начинает кристаллизоваться во время протекания его по дну или стенке изложницы, так же как и в горизонтальных слитках, образуется большей или меньшей толщины слой мелкокристаллической структуры, состоящей из кристаллов, не имеющих определенной ориентации. Этот слой не имеет правильной границы со следующим слоем, так как первые порции металла кашеобразной консистенции располагаются в изложнице довольно бесформенными массами. В тех случаях, когда заливается металл достаточно высокой температуры, и он не протекает значительного расстояния в соприкосновении с холодной изложницей, непосредственно от дна последней растут столбчатые кристаллы совершенно таким же образом, как при кристаллизации горизонтальных слитков (рис. 187). Такие же кристаллы растут и от боковых стенок изложницы. При последующем заполнении изложницы образующиеся во время движения металла кристаллы будут находиться во взвешенном состоянии. Как только изложница окажется наполненной до краев, будет происходить отстаивание этих твердых кристаллов в нижней части слитка. Эти-то кристаллы и обусловливают образование мелкокристаллического слоя, аналогичного такому же в горизонтальных слитках. В верхней части остается металл, освобожденный от твердых кристаллов, поэтому он закристаллизуется в виде крупных, сходящихся к центру столбчатых кристаллов, образующих звездочку.
Такая структура получается не только в слитках, имеющих форму, близкую к форме куба, но также и в слитках призматической формы, имеющих вертикальное поперечное сечение — квадрат или близкую к нему трапецию.
Структура слитков промежуточной формы и вертикальных

Передача теплоты боковым стенкам изложницы приобретает еще большее значение в вертикальных слитках, поэтому развитие структурных зон меняется лишь количественно, по существу оставаясь тем же самым. По поверхности соприкосновения со стенками изложницы и в этом случае в слитке образуются столбчатые кристаллы большей или меньшей длины в зависимости от условий литья и охлаждения.
При вертикальном литье твердые кристаллы, образующиеся в процессе литья в струе, не успевают осесть глубоко в нижнюю часть изложницы вследствие большой высоты слитка и малых поперечных размеров его, поэтому остаются по всей высоте слитка. Эти беспорядочно ориентированные кристаллы образуют срединную зону, составляющую в большинстве случаев основную массу слитка. Освобожденный от твердых кристаллов металл скопляется в верхней части слитка, поэтому там может иметь место образование крупных, сходящихся в одной точке кристаллов, образующих звездочку (рис. 187, в). В большинстве случаев весь металл, освобожденный от твердых кристаллов при вертикальном литье, уходит на питание отливки во время кристаллизации и, если слиток не доливать, то на месте, где должны быть крупные кристаллы, окажется усадочная раковина. Если же производить доливку слитка при его затвердевании, то структура этой части слитка окажется в зависимости от того, каким металлом доливается слиток: более холодный металл приносит в слиток большее количество твердых кристаллов, образовавшихся во время движения струи, поэтому он затвердеет мелкокристаллическим; более горячий металл при доливке вызовет появление более крупнокристаллической структуры. В тех случаях, когда доливка производилась несколько раз, каждая порция долитого металла оставит в воронке усадочной раковины большей или меньшей ширины слой закристаллизовавшегося металла. Структура поперечного разреза верхней части цилиндрического слитка в этом случае показывает обычно чередующиеся концентрические слои, отличающиеся друг от друга по структуре (рис. 188).
Структура слитков промежуточной формы и вертикальных

Столбчатые кристаллы, растущие от стенок изложницы, направлены не горизонтально, а наклонно при некотором подъеме их к оси слитка (рис. 189, а). Наклон кристаллов объясняется тем, что теплота отводится нормально к поверхности охлаждения, а так как настыль в слитке постепенно увеличивается и поверхность раздела твердой и жидкой фазы непрерывно перемещается, то нормаль к поверхности настыли в каждый данный момент окажется наклонной линией (рис. 190). В направлении этих нормалей и растут столбчатые кристаллы в вертикальных слитках. Если верхняя часть вертикального слитка сохраняется в жидком состоянии более продолжительное время и запас этого металла достаточен для питания усадки слитка а заполнения его верхней части полностью, то образование в нем звездочки крупных кристаллов имеет место (рис. 191).
Таким образом, слой крупных столбчатых кристаллов, развивающихся в верхней части горизонтального слитка, занимающий значительную его часть, в вертикальном слитке переходит в небольшое количество крупных кристаллов, занимающих малый объем, а часто и совсем пропадающих при доливке усадочной раковины.
Структура слитков промежуточной формы и вертикальных
Структура слитков промежуточной формы и вертикальных

Никакой принципиальной разницы в образовании структурных зон в зависимости от отношения поперечных размеров к высоте нет, меняются только количественное соотношение и степень развития их в зависимости как от формы слитков, так и от условий литья и охлаждения (рис. 187 и 189). Если вертикальная изложница после заливки металла деформируется, то вследствие более тесного соприкосновения средней части со слитком теплота будет быстро отниматься от него, и первый слой столбчатой структуры в этом месте получится более развитым (рис. 189, б). В дальнейшем в этом месте образуется перехват твердого металла, а жидкий металл останется внизу и вверху слитка. Вследствие образования зазора между изложницей и слитком внизу, дальнейший отвод теплоты в этой части замедляется, почему попавшие сюда твердые кристаллы вырастают до значительной величины.
Аналогично тому, что имеет место при горизонтальном литье, при отливке более холодного металла вследствие образования твердых кристаллов в струе развитие зоны равноосной структуры вертикального слитка увеличивается (рис. 189, б, в). При уменьшении скорости литья большее количество твердых кристаллов будет образовываться на струе, в результате чего слиток тоже получится мелкокристаллическим, В случае применения при литье в вертикальную изложницу жирной смазки структура слитка будет более мелкокристаллической по сравнению со слитками, отлитыми в изложницу с сухой смазкой. Иногда это объясняют тем, что более жирная смазка является материалом, обладающим более высокими теплоизоляционными свойствами, вследствие чего уменьшается градиент температур, и слиток получается более мелкокристаллическим. В действительности жирная смазка может обладать и более слабыми теплоизоляционными свойствами по сравнению с сухой, и слитки все же будут получаться более мелкокристаллическими, чем во втором случае.
Большое влияние при этом оказывает охлаждение струи металла продуктами перегонки смазки, вызывающее образование твердых кристаллов во время движения струи. Если пользуются сухой смазкой, то при прочих равных условиях струя металла охлаждается в меньшей степени, так как продуктов перегонки, охлаждающих струю, не образуется и количество твердых кристаллов, приносимых в изложницу струей металла, невелико. Это и есть основная причина более частого получения мелкокристаллической структуры слитка при применении жирной смазки и более крупнокристаллической структуры при применении сухой смазки. Наоборот, повышение температуры литья, увеличение скорости литья, уменьшение количества летучих веществ в смазке, увеличение скорости охлаждения путем увеличения массы изложницы, применение более теплопроводных материалов для нее, литье в изложницу с водяным охлаждением и, наконец, непрерывное литье с непосредственным охлаждением слитка водой обусловливают большее развитие длинных столбчатых кристаллов, иногда доходящих до средины слитка (рис. 192, б, в).
Структура слитков промежуточной формы и вертикальных

Своеобразная структура получается при литье алюминиевых вайербарсов (проволочных заготовок) в наклонные изложницы. По структуре легко установить, каким образом изложница располагалась при литье и какая диагональ слитка находилась в вертикальной плоскости.
Металл заполнял прежде всего двугранный угол нижней части изложницы. От стенок изложницы в нижней части, так же как и в ранее рассмотренных случаях, росли столбчатые кристаллы. Образовавшиеся при литье во время движения металла кристаллы после заполнения изложницы собираются в нижней ее половине и порождают мелкокристаллическую структуру этой половины слитка. Металл, освобожденный от твердых кристаллов, остается в верхней части изложницы и кристаллизуется в виде симметрично расположенных длинных столбчатых кристаллов, идущих от поверхности соприкосновения с изложницей в глубь слитка. Последним металл кристаллизуется там, где наиболее длинные кристаллы сходятся вместе. Во многих случаях это соответствует центральной оси слитка. В этом месте и располагаются усадочные поры (рис. 193, а).
В тех случаях, когда литье производится в горизонтальную, закрытую сверху изложницу, диагонали сечения которой составляют угол 45° с вертикалью, расположение кристаллических зон слитка соответственно меняется (рис. 193, б). Co всех сторон, где металл соприкасается с изложницей, растут столбчатые кристаллы. После заполнения всей изложницы кристаллы, образовавшиеся в металле при его движении, оседают вниз, как обладающие большим удельным весом по сравнению с расплавленным металлом. Над ними образуется область осветленного, т. е. освобожденного от твердых частиц, металла, который кристаллизуется последним и дает наиболее крупные кристаллы.
Структура слитков промежуточной формы и вертикальных