» » Зональная ликвация
04.02.2017

Так как внутрикристаллическая ликвация уже была рассмотрена в связи с изучением природы дендритной кристаллизации, то в рассматриваемой главе она может быть опущена.
Зональной принято называть такую ликвацию, при которой легкоплавкие составляющие размещаются в слитке в зонах, которые в отдельных случаях соответствуют структурным зонам слитка. При современном состоянии знаний течение процесса кристаллизации, при котором проявляется зональная ликвация, может быть представлено следующим образом.
При кристаллизации сплава, образующего непрерывный ряд твердых растворов без максимума и минимума, первые выделяющиеся из жидкости кристаллы и ветви дендритов будут обогащены более тугоплавким компонентом (рис. 229, а). Остающаяся расплавленная часть сплава будет обогащаться более легкоплавким компонентом. Значительная часть этого сплава будет размещаться между ветвями дендритов, однако при продвижении фронта кристаллизации в глубь жидкого сплава скапливающийся у границы твердой фазы легкоплавкий сплав в случае значительной конвекции жидкого сплава будет увлекаться в области расположения последнего, смешиваться с ним и постепенно обогащать оставшийся жидкий сплав. Таким образом, ликвация может происходить не только в пределах каждого дендрита, но также и по всему слитку будет наблюдаться некоторое обогащение внутренних зон легкоплавким сплавом.
Зональная ликвация

Еще легче происходит такого рода ликвация в том случае, когда сплав при кристаллизации образует некоторое количество эвтектики (рис. 229 б). По-видимому, в этом случае облегчается конвекция ввиду большей текучести сплава, а также уменьшается выравнивание состава в результате диффузии. Сплавы, образующие при кристаллизации эвтектику двух предельных твердых растворов (рис. 229, в), в отношении ликвации занимают промежуточное положение.
В особенности легко идет ликвация при отливке сплавов, представляющих собой расслаивающиеся системы или при всех соотношениях компонентов или в некоторой определенной области составов (рис. 229, е). В этом случае периферическая зона слитка может оказаться почти целиком из более тугоплавкого компонента, а в центральной области оказывается легкоплавкий компонент, в котором могут присутствовать лишь небольшие количества тугоплавкого компонента.
Сплавы, образующие химические соединения (рис. 229, г), а также сплавы, кристаллизующиеся по диаграммам перитектического типа (рис. 229, д), по проявлению и характеру ликвации приближаются к одному из рассмотренных видов сплавов.
Все металлы и сплавы, не меняющие состава при кристаллизации (на диаграммах рис. 229 показаны стрелками), ликвации не обнаруживают, гак как если даже перемещение жидкого сплава относительно твердой фазы в этом случае и будет наблюдаться, то состав слитка от этого не изменится.
В других сплавах в зависимости от условий литья и охлаждения, также как и от свойств сплава, ликвация может проявляться в большей или меньшей степени.
Если с помощью саморегистрирующего пирометра, например пирометра акад. Курнакова, записать кривые охлаждения сплава, дающего твердый раствор с большим интервалом кристаллизации, в одном случае отлитого в виде слитка малого размера, например весом 200 г, а в другом случае — в виде слитка подобной формы, но весом 20 000 г, то перегиб кривой охлаждения, соответствующий температуре конца кристаллизации, в первом случае окажется несколько выше, чем во втором. Это указывает на большую ликвацию в случае затвердевания слитка большего размера. Таким образом первая настыль, которая образуется в слитке по поверхности соприкосновения с изложницей, будет состоять из дендритов более тугоплавкого сплава, между ветвями которого будет располагаться сплав более легкоплавкий. В результате конвекции этот легкоплавкий сплав от поверхности затвердевающего металла частично переносится и смешивается с остальной частью жидкого сплава. В центре слитка и первичные дендриты и остающийся ликват окажутся менее тугоплавкими по сравнению с соответствующими осями дендритов и ликватом в частях слитка, расположенных вблизи наружной поверхности. Таким образом, если при записи кривых охлаждения помещать термопару в центральной зоне и пользоваться для записи значительным количеством сплава, то диаграмма состояний, построенная на основании этих данных, покажет заметное отличие от диаграммы состояний, построенной ка основании записи кривых охлаждения малых количеств сплава. Линия солидуса первой диаграммы расположится несколько ниже, чем во второй диаграмме.
Зональная ликвация
Зональная ликвация

Аналогичные случаи нередко встречаются и в практике. Так, например, при литье плоских слитков латуни Л68 малой толщины (30—50 мм) по всему сечению слитка обнаруживается после прокатки в ленту структура одного твердого раствора альфа (рис. 230, а). При отливке слитков большей толщины (100—120 мм) в центральной зоне, наряду с кристаллами твердого раствора альфа, наблюдается также и твердый раствор бэта (рис. 230, б). Это произошло в результате ликвации.
Иногда зона ликвации располагается полосами. В стальных слитках нередко наблюдаются ликвационные зоны, смещенные относительно центральной оси слитка (рис. 231). Такая внецентренная ликвация чаще наблюдается в слитках, расширяющихся книзу, и может быть объяснена опусканием вниз удельно более тяжелых твердых кристаллов внутренней зоны слитка в ликвационной массе расплавленного металла, имеющего меньший удельный вес. Места внецентренной ликвации обычно сопровождаются и усадочными порами, так как в этих местах кристаллизуются последние порции металла без достаточного питания со стороны верхней — прибыльной — части.
В некоторых случаях непрерывного литья алюминиевых сплавов, например дуралюмина, кристаллизация идет строго от периферии к центру и несколько снизу вверх. При наличии значительной зоны, в которой наряду с твердыми дендритами присутствует и ликвационная жидкость, при окончательном затвердевании участков ликвата, расположенных у периферии, на восполнение усадки поступает ликват из ближайших мест. По этой причине питание усадки периферических областей происходит сплавом не среднего состава, а более легкоплавким ликватом, тогда как питание центральных зон слитка происходит в значительной мере за счет нормального сплава среднего состава. Таким образом, легкоплавкий ликват в слитке оказывается в большем количестве в периферических зонах и в меньшем — в центральных, т. е. наблюдается обратная ликвация (рис. 232). Такое объяснение обратной ликвации до известной степени совпадает с более ранним объяснением образования вакуума в периферических частях слитка и втягивания в образовавшиеся полости ликвата из областей, лежащих в средних зонах слитка.
Зональная ликвация

Добаткин, описавший указанное проявление ликвации, пытается частный случай распространить вообще на ликвацию в цветных сплавах. Он отмечает как общую закомонерность перемещение ликвационной части сплава при открытой усадочной раковине — к периферии (обратная ликвация), а при закрытой — к центру (нормальная ликвация).
В ошибочности такого обобщения легко убедиться на примере. Если расплавить, например, 1 кг свинцовой бронзы С30 и с перегревом 100— 150° отлить в изложницу с целью получения слитка диаметром 40 мм, высотой 80 мм, применив насадку из формовочной смеси, то верхняя поверхность сплава сохранится в жидком состоянии до конца кристаллизации, т. е. будет наблюдаться открытая усадочная раковина. По Добаткину, должна бы в слитке обнаружиться обратная ликвация. В действительности ликват собирается в центральной зоне слитка и, в особенности, в прибыльной части, тогда как у боковой поверхности слиток оказывается обогащенным медью (рис. 233). Лидировавшая эвтектика, состоящая из 99,5% Pb и 0,5% Cu, заполнила центральную часть слитка, где должна бы расположиться усадочная раковина. Таким образом, при кристаллизации от периферии к центру, при отсутствии сплошной твердой корки по верхней поверхности, в данной; случае наблюдается весьма отчетливая нормальная ликвация, что указывает на ошибочность утверждений Добаткин а по этому вопросу.
Зональная ликвация

Опубликовано довольно много работ, в которых пытаются объяснить нормальный или обратный характер ликвации какой-либо одной причиной. При этом часто за причину явления принимают то, что является лишь фактором, усиливающим его.
Рассмотрим причины, которые заставляют ликват располагаться в одних случаях в больших количествах в центральных зонах слитка, в других — обогащать зоны слитка, расположенные у самой поверхности, в третьих — занимать промежуточное положение, т. е. выясним причины характера ликвации — нормального, обратного и внецентренного.
Легкоплавкая часть сплава при кристаллизации слитка будет располагаться в тех местах, в которых при отсутствии ликвата образовались бы усадочные полости.
Как было рассмотрено ранее, усадочные полости могут присутствовать в виде усадочной раковины или рассеянной пористости. В вертикальном слитке усадочная раковина преимущественно располагается в центральной его части.
1. Одна из основных причин нормального или обратного проявления ликвации количество остающегося при кристаллизации легкоплавкого сплава. Если ликвата образуется при затвердевании сплава большое количество, то он располагается и в усадочных порах, размещенных по всему слитку более или менее равномерно, и в усадочной раковине, сконцентрированной вблизи оси слитка. В этом случае будет наблюдаться нормальная ликвация. Если же ликвата при затвердевании сплава образуется небольшое количество, то он может не заполнить собой значительной части объема, отвечающего усадочной раковине и усадочным порам. В этом случае он будет перемещаться в зависимости от условий или в сторону оси слитка и обусловит нормальную ликвацию, или к периферии, когда будет наблюдаться обратный характер ликвации. Так как при большом количестве ликвата, как правило, наблюдается его расположение в центральных вонах слитка, то такой случай и назван нормальной ликвацией. Вряд ли есть надобность этот общепринятый термин менять, хотя он и представляется до известной степени условным.
2. При малом количестве ликвата кристаллизация сплава у верхней поверхности слитка, образование вакуума в центральной усадочной раковине и наличие не вполне закристаллизовавшегося сплава по периферии слитка также обусловят перемещение легкоплавкого сплава к центральным зонам слитка, т. е. будет наблюдаться нормальная ликвация.
3. При малом количестве ликвата направление кристаллизации от периферии к центру при сохранении верхней поверхности металла в расплавленном состоянии обусловит перемещение легкоплавкого сплава к периферии для пополнения усадки кристаллизации, тогда как центральные зоны слитка будут получать питание не за счет легкоплавкого лик-вата, а сплавом состава, близкого к среднему составу его. Перемещение ликвата к периферии обусловливается, с одной стороны, атмосферным давлением на жидкий сплав в центральной зоне слитка, с другой — гидростатическим давлением расплавленного металла при образовании вакуума в периферических областях и, наконец, силами капиллярности, которые в тонких каналах у периферии больше, чем в более толстых каналах в зонах, более близких к центральной оси слитка. Такое направление перемещения ликвата также облегчается формой каналов, расширяющихся от периферии к центру.
Внецентренной ликвации, как было указано, способствует перемещение находящихся в сплаве твердых кристаллов в более легкоплавком, удельно более легком сплаве. Это перемещение обусловлено оседанием твердых кристаллов в жидкой фазе, вследствие чего ликват оттесняется к слою, который к этому времени успел затвердеть с наружной стороны, или к массе кристаллов, которые по той или иной причине зависли на некоторой высоте. В последнем случае ликвационные образования часто имеют наклонное направление и получили название «усов».
4. Скорость охлаждения влияет на характер ликвации следующим образом.
При большом количестве ликвата (под большим количеством в первом приближении молено понимать количество, больше объема усадки кристаллизации, за исключением объема концентрированной усадочной раковины), при очень большой скорости охлаждения он (ликват) будет размещаться по объему слитка довольно равномерно, образуя лишь микронеоднородности. Макроликвация наблюдаться почти не будет. Это объясняется тем, что скорость конвекции мала сравнительно со скоростью затвердевания. При уменьшении скорости охлаждения значение конвекции возрастет и начнет увеличиваться переход ликвата в центральные зоны вертикального слитка. При очень медленном охлаждении, когда приобретает значение диффузия, различные сплавы будут вести себя различным образом. Сплавы, дающие в рассматриваемой области при достижении равновесия твердые растворы, при таком замедлении охлаждения покажут уменьшенную ликвацию (тоже нормальную) вследствие прохождения диффузии и выравнивания состава по этой причине. Сплавы, образующие механические смеси (эвтектические, монотектические и расслаивающиеся) без образования твердых растворов, при любом замедлении охлаждения будут только показывать нормальную ликвацию. Сплавы, обнаруживающие ограниченную растворимость, в твердом состоянии займут в отношении ликвации при большом количестве ликвата промежуточное положение. Диффузия при медленном охлаждении будет проявляться, но только до предела растворимости.
При количестве ликвата, равном или меньшем объема усадки кристаллизации за вычетом объема концентрированной усадочной раковины (то же в первом приближении), характер ликвации будет зависеть от того, какая из поверхностей — боковая или верхняя — при охлаждении образует плотную твердую корку. При сохранении сплава у верхней поверхности слитка в расплавленном состоянии до конца кристаллизации большая скорость охлаждения тоже будет вызывать почти полное отсутствие макроликвации при развитой микроликвации. По мере уменьшения скорости охлаждения в этом случае будет возрастать обратная ликвация. При очень малых скоростях охлаждения, когда приобретает значение диффузия, в сплавах, образующих в равновесном состоянии твердые растворы, ликвация будет уменьшаться под влиянием диффузии; в сплавах же, представляющих собой механические смеси, обратная ликвация будет сохраняться большой. Наоборот, при полном затвердевании сплава по верхней поверхности вертикального слитка и не вполне затвердевшей боковой поверхности, вследствие образования вакуума в усадочной раковине и давления атмосферы снаружи, ликват будет перемещаться от периферии к центру слитка. При больших скоростях охлаждения верхней поверхности слитка макроликвация и в этом случае будет выражена в меньшей степени; по мере уменьшения скорости охлаждения верхней поверхности будет возрастать нормальная ликвация; по мере возрастания скорости охлаждения боковой поверхности слитка, за счет замедления охлаждения верхней его поверхности, нормальная ликвация будет сменяться обратной. При некоторой промежуточной скорости охлаждения, притом более или менее одинаковой для верхней и боковой поверхностен слитка, ликвация может отсутствовать, но это не даст преимуществ, так как усадочные поры и раковина не будут в этом случае заполнены и слиток окажется без ликвации, но пористым.
5. Выделение газа из раствора в сплаве будет влиять на характер ликвации. Если газ выделяется в периферических зонах, то пузыри будут располагаться в местах, где должна была проявляться усадка кристаллизации, почему они будут уменьшать обратную ликвацию. Наоборот, выделение газа из раствора в сплаве в центральных зонах слитка, повышая давление, будет перемещать ликват к периферии, т. е. будет способствовать обратной ликвации, в особенности при малом количестве ликвата.
Часто обратная ликвация сопровождается образованием выпота или натеков на наружной поверхности слитка. Такие выделения обратной ликвации наблюдаются не только на боковой поверхности слитка, но также и на верхней.
В слитке во время кристаллизации могут оказаться замкнутые объемы, в которых есть еще жидкий сплав, имеющий более низкую температуру плавления. В случае сокращения уже затвердевшего металла (составляющего наружный покров и отчасти заполняющего и внутреннюю часть) на большую величину по сравнению с сокращением жидкой заключенной внутри части плюс усадка, произошедшей за этот промежуток времени кристаллизации, будет создаваться положительное давление. Под влиянием давления жидкая часть сплава будет выжиматься по межкристаллическим промежуткам на поверхность, как вода выжимается из губки.
Вначале жидкость под влиянием давления просачивается по каналам между отдельными твердыми кристаллами, потом раздвигает те из кристаллов, которые образуют сплошную поверхностную корку, отчасти оплавляя ее, и по образовавшимся протокам выжимается на поверхность слитка. Как только первая капля жидкого металла выйдет наружу, при соприкосновении со слитком периферическая ее часть будет охлаждаться и кристаллизоваться. По центральной оси капли все время будет поступать жидкий металл из внутренних зон слитка. Новые порции жидкого металла выйдут через центральный канал капли на поверхность, снова закристаллизуются по периферии и т. д. На поверхности слитка образуется кратер, из которого постепенно будет вытекать жидкий металл.
При свободном вытекании на поверхность слитка, в зависимости от поверхностного натяжения, скорости охлаждения и других факторов, продукты обратной ликвации принимают форму или длинных вытянутых игл, или сферических капель, или конусов, напоминающих кратер вулкана (рис. 234, а). Если вытекающая капля встречает на своем пути стенку изложницы, то она сплющивается и дает на поверхности слитка натеки в виде лепешек и сплошных слоев (рис. 234, б). В тех случаях, когда капля ликвировавшего сплава выжата на поверхность слитка сравнительно быстро и после этого металл в канале, по которому вытекал сплав, закристаллизовался, в объеме капли образуется усадочная раковина, которая располагается внутри или выходит на поверхность капли. Если давление внутри затвердевшей оболочки слитка вначале повышено, в результате чего образуются на поверхности слитка выделения обратной ликвации, а затем по той или иной причине давление уменьшилось и в дальнейшем сменилось на отрицательное, то лидировавший сплав вновь может втягиваться внутрь слитка. В этом случае усадочная пористость центральной зоны слитка может оказаться соединенной межкристаллическими каналами с наружной поверхностью. В этом случае с поверхности обнаруживаются лишь слабо заметные точечные углубления и иногда остатки ликвационных выделений, тогда как при более тщательном исследовании эти наружные каналы оказываются соединенными с внутренней усадочной раковиной.
Зональная ликвация

Так, например слитки дуралюмина, отлитые из металла, подвергнутого после расплавления значительному вакууму (остаточное давление составляло 0,1 мм рт. ст.) для удаления газа из раствора и закристаллизованные при замедленном охлаждении, после разрезки обнаружили заметную внутреннюю усадочную пористость. При наливании в места центральной пористости подкрашенного спирта обнаружено, что спирт вытекал на наружную поверхность слитка по внутренним протокам. Они являлись каналами, выводящими в процессе кристаллизации ликвационную легкоплавкую часть сплава наружу. По ним же впоследствии часть ликвационных выделений снова ушла внутрь слитка, и снаружи был затянут воздух.
Образование натеков на боковой поверхности слитка объясняется гидростатическим давлением жидкого металла. В особенности такое объяснение применимо к образованию натеков при непрерывном литье (рис. 235). Это действительно одна из причин образования натеков на поверхности слитка в случае открытой лунки кристаллизующегося металла. Ho даже в таком случае это — не единственная причина выхода ликвата на поверхность.
Зональная ликвация

При отливке отдельных плоских слитков в вертикальные изложницы из сплавов, обладающих некоторым интервалом кристаллизации, часто можно наблюдать образование натеков обратной ликвации в большей степени в нижних частях слитков, где заметную роль играет гидростатическое давление жидкого металла. У самых кромок слитка, где металл уже успел охладиться настолько, что все промежутки между кристаллами получили достаточную прочность и плотность, обратная ликвация в виде выпота не наблюдается, тогда как в местах, расположенных несколько выше, где прочность межкристаллических прослоек еще не велика, а гидростатическое давление значительно, она проявляется в наибольшей степени. Увеличению количества ликвационных выделений в этой части слитка также способствует деформация изложницы и ее менее плотное прилегание к слитку в этих местах. Это наблюдается на слитках и фосфористой бронзы (рис. 234, б) и технического алюминия (рис. 236).
Зональная ликвация

Однако гидростатическое давление является не единственной причиной образования натеков обратной ликвации, что ясно уже из того, что ликвационные выделения не менее часто наблюдаются и на верхних поверхностях горизонтальных слитков, где гидростатическое давление отрицательное. Так, например, на слитках сплавов алюминия с 10—15°/о Fe, отлитых в горизонтальную изложницу, нередко наблюдаются выделения обратной ликвации на верхней поверхности отливок. Выделения имеют шарообразную форму (рис. 237).
Зональная ликвация

В отдельных случаях образованию выделений обратной ликвации способствует увеличение объема ликвирующей жидкости вследствие ее обогащения одним или несколькими компонентами, уменьшающими ее плотность. По этой причине ликвирующая жидкость может постепенно увеличиваться в объеме и таким образом увеличивать давление внутри кристаллизующегося слитка. Это происходит, например, при образовании натеков обратной ликвации в бронзе, когда ликвирующая часть сплава обогащена оловом или фосфором, увеличивающими удельный объем бронзы. Бронза состава: 6% Sn; 0,25% Р; остальное медь, имеет удельный вес около 8,7, тогда как бронза, содержащая 16% Sn и 0,4% Р, что приблизительно соответствует составу ликвационных выделений, имеет удельный вес всего лишь около 8,4. По-видимому, близкие соотношения удельных весов сохраняются и в расплавленных сплавах указанных составов.
Одной из причин, вызывающих появление капель обратной ликвации на поверхности слитка вне зависимости от расположения этой поверхности, может быть названо повторное расплавление уже закристаллизовавшихся частей слитка. При соприкосновении залитого металла с холодной стенкой изложницы поверхность слитка быстро затвердевает и охлаждается до температур, значительно более низких, чем температура средины слитка. По мере образования зазора между слитком и изложницей вначале резко охлажденные поверхностные слои слитка станут разогреваться вновь вследствие передачи теплоты от средних частей слитка. Межкристаллические прослойки начнут плавиться, а потому увеличиваться в объеме. Так как легкоплавкие межкристаллические прослойки располагаются в виде тонких, почти капиллярных каналов, то при расплавлении давление не в состоянии передаваться достаточно быстро всему объему расплавленного металла.
Местное временное повышение давления вызывает выжимание легкоплавкого сплава на поверхность слитка.
Это явление легко может быть проверено и воспроизведено на образцах. Если взять бронзовую отливку с обработанной резцом поверхностью и нагреть ее до расплавления легкоплавких составляющих сплава, то на гладкой поверхности легко заметить образование капель сплава, совершенно сходных с каплями обратной ликвации (рис. 238).
Зональная ликвация

Такой механизм образования ликвационного выпота объясняет появление ликвационных выделений на слитке уже после того, как он изъят из изложницы и сравнительно медленно охлаждается на воздухе, что нередко наблюдается на слитках технического алюминия и алюминиевых сплавов. В этом случае поверхность слитка, принявшая вследствие соприкосновения со сравнительно холодной стенкой изложницы низкую температуру и разогревающаяся внутренней теплотой слитка, после выемки из изложницы, иногда даже с некоторым шумом быстро покрывается ворсом тонких ликвационных игл, которые есть не что иное, как выделения продуктов обратной ликвации.
По С.М. Воронову одним из существенных факторов, вызывающих появление ликвационных натеков на поверхности слитка, является сдвиг кристаллической губки относительно легкоплавкой части сплава. Объем жидкого металла уменьшается при понижении температуры на одно и то же число градусов в большей степени, чем объем твердого, на что указывает большая величина коэффициента объемного расширения жидкости. Если бы в единицу времени падение температуры твердого металла было равно падению температуры жидкого металла, то при отсутствии газа и значительного гидростатического давления, выдавливания ликвата на поверхность не могло бы быть. Повышенное давление внутри жидкости будет создаваться в том случае, если уменьшение объема наружной корки затвердевшего металла больше, чем сокращение объема находящейся внутри него жидкости.
Выдавливание жидкого легкоплавкого сплава на наружную поверхности:
Зональная ликвация

где βж — коэффициент объемного расширения жидкой фазы;
βтв — коэффициент объемного расширения твердой фазы;
t1 — температура жидкой фазы в начале рассматриваемого периода;
t2 — температура жидкой фазы в конце того же периода;
t3 — температура твердой фазы в начале указанного периода;
t4 — температура твердой фазы в конце того же периода;
ΔV — объем закристаллизовавшегося за этот промежуток времени сплава;
εкр — усадка кристаллизации сплава.
Чем интенсивнее охлаждается затвердевшая часть слитка, тем большее давление будет развиваться внутри и тем большее количество жидкой составной части сможет вытечь в виде ликвационных выделений на поверхность. И кроме того, чем меньше разность коэффициентов объемного расширения жидкого и твердого металла, тем больше выделение продуктов ликвации на поверхность.
Зональная ликвация

В некоторых случаях причиной обратной ликвации и выжимания легкоплавкой части сплава на поверхность является увеличение объема при распадении одних химических соединений с образованием других.
Сплавы цинка с железом образуют ряд химических соединений (рис. 239), которые при охлаждении сплава претерпевают превращения с изменением объема. При отливке сплава с содержанием 12—15% железа выделяется большое количество продуктов обратной ликвации, которые выходят из изложницы вверх. Одновременно происходят процессы распадения химических соединений в твердом состоянии, сопровождающиеся значительным увеличением объема. Слиток при этом распирается внутренним содержимым, растрескивается и создает весьма большое давление на изложницу. Струбцинки или хомутики, скрепляющие изложницу, разгибаются, а иногда и разрушаются, слиток заклинивается в изложнице и металл выпирает во все щели и открытое устье изложницы в виде причудливых наростов (рис. 240).
Зональная ликвация

Продукты обратной ликвации проступают на поверхности слитка преимущественно в тех местах, которые по тем или иным причинам оказываются ослабленными, а также там, где вначале по поверхности закристаллизовались наряду с тугоплавкими частями сплава также и легкоплавкие.
В алюминиевых сплавах выделения продуктов обратной ликвации в слитках обычно располагаются прямолинейными полосами, соответствующими временным горизонтам уровня металла в процессе литья, т. е. по тем складкам, которые заметны на поверхности слитков, отлитых в изложницы без смазки или с сухой смазкой (рис. 241, а). Выделение продуктов обратной ликвации по лучам или складкам может быть объяснено процессом их образования при заполнении изложницы. Алюминиевые сплавы с поверхности образуют прочную пленку окислов.
Зональная ликвация

При подъеме уровня металла во время литья, как указывалось, перемещение горизонта не происходит равномерно и непрерывно. Оно совершается скачкообразно. Когда давление столба металла у стенки изложницы преодолеет прочность пленки или поверхностное натяжение мениска металла, произойдет разрыв пленки окислов, причем одна часть пленки останется у нижней части мениска, а другая поднимется вместе с уровнем металла (рис. 241, б). Промежуточный слой приобретет новую пленку, которая будет иметь значительно меньшую толщину, чем каждая из частей пленки, образовавшейся раньше. При создании внутреннего давления в процессе выделения продуктов обратной ликвации, в местах более тонкой пленки глинозема окажется слой меньшей прочности, почему в этом месте и произойдет разрыв пленки и выход продуктов обратной ликвации на поверхность слитка (рис. 241, б).
На поверхности слитков места более тонкой пленки окислов могут появиться также и по другим причинам. В ряде случаев, например, изложницы, нагретые перед литьем до 250—300°, при протирке их поверхности тряпкой оказывались покрытыми обуглившимися частичками волокон от тряпки. Ликвационные выделения залитого в изложницу технического алюминия воспроизвели полную картину следов, оставленных тряпкой на поверхности изложницы (рис. 242, а). В этом случае более тонкая пленка окислов оказалась там, где остался углерод от приставших к поверхности изложницы волокон тряпки, создавший в этих местах менее окислительную атмосферу.
Иногда наблюдаются случаи, когда выделения обратной ликвации выступают через трещины в поверхностной корке слитка (рис. 242, б).
При непрерывном литье алюминиевых сплавов натеки продуктов обратной ликвации, как правило, совпадают тоже с линиями скачкообразного перемещения уровня металла относительно слитка или горизонтов расположения органической смазки, которая вводится на поверхность изложницы в целях предохранения от прилипания металла. Остатки смазки тоже создают восстановительную атмосферу и способствуют уменьшению толщины пленки окиси алюминия.
При изучении явлений обратной ликвации в сплавах, образующих твердые растворы, следует отчетливо разграничивать два отдельных явления, прямо противоположных по проявлениям и идущих одновременно. Это собственно ликвация, создающая неоднородность слитка, и диффузия между расплавленным металлом и уже затвердевшими его частями, выравнивающая состав слитка в процессе кристаллизации. Так как процессы диффузии между твердыми и жидкими сплавами еще сравнительно мало изучены, то рассчитать или предусмотреть заранее влияние отдельных факторов на конечный результат ликвации затруднительно. Так, например, для одних сплавов замедленная кристаллизация будет способствовать получению большей неоднородности вследствие проявления ликвации, в других случаях она будет вызывать, наоборот, выравнивание состава сплава, если преобладает процесс диффузии.
Факторы, способствующие увеличению ликвации вообще:
1) увеличение интервала кристаллизации сплава по температуре и по концентрации;
2) замедленная диффузия между жидким и твердым сплавом;
3) увеличение размера слитка как способствующее увеличению интервала кристаллизации по температуре и по составу в случае сплавов, образующих твердые растворы.
Факторы, способствующие увеличению нормальной ликвации:
1) увеличение количества легкоплавкого ликвата сверх объема, соответствующего объему усадки кристаллизации за вычетом объема усадочной раковины (приблизительно);
2) увеличение конвекции при затвердевании слитка при открытой усадочной раковине;
3) уменьшение разности теплопроводности по разным направлениям в кристалле, способствующее получению менее разветвленных дендритов;
4) получение сплава, по возможности не содержащего газа в растворе при закрытой усадочной раковине.
Факторы, способствующие увеличению внецентренной ликвации:
1) увеличение разности в удельных весах затвердевшей части сплава и оставшейся в жидком состоянии;
2) понижение вязкости легкоплавкой части сплава.
Факторы, способствующие увеличению обратной ликвации:
1) направленность затвердевания слитка от периферии к центру при открытой усадочной раковине и количестве ликвата, не превышающем объема усадки кристаллизации без объема концентрированной усадочной раковины (в первом приближении);
2) наличие газа в закрытой усадочной раковине, способствующее перемещению ликвата к периферическим зонам слитка.
Факторы, способствующие увеличению поверхностных выделений обратной ликвации:
1) резкое охлаждение затвердевшей оболочки слитка при закрытой усадочной раковине;
2) повышение температуры поверхности слитка вследствие образования зазора между слитком и изложницей;
3) увеличение коэффициента усадки сплава в твердом состоянии;
4) уменьшение величины усадки сплава при переходе из жидкого состояния в твердое;
5) увеличение содержания газа в сплаве и увеличение выделения его из раствора;
6) увеличение гидростатического давления расплавленного сплава;
7) увеличение удельного объема в результате изменения состава сплава вследствие ликвации или вследствие образования с понижением температуры новых химических соединений;
8) уменьшение прочности поверхностной пленки окислов, образующейся на поверхности слитка.
В практических случаях в первую очередь соотношение между скоростью ликвации и скоростью диффузии определяет то или иное поведение сплава при кристаллизации.
В большинстве случаев продукты обратной ликвации представляют собой сплав более хрупкий, чем основной сплав слитка.
Если ликват располагается на значительной глубине, начинаясь у поверхности слитка, то при пластической обработке будет происходить хрупкое разрушение поверхностного слоя на значительную глубину при меньших деформациях по сравнению со слитком, свободным от обратной ликвации.
Если в результате обратной ликвации образовались наружные натеки, а масса слитка под ними, даже у самой поверхности, осталась близкой к среднему составу, то хрупкость приобретает только тонкий поверхностный слой. При пластической обработке основная масса слитка легко деформируется, тогда как поверхностный слой, обогащенный ликвационными выделениями, может обусловить образование трещин. В этом случае трещины имеют вид широких, но весьма неглубоких канавок, расположенных поперек направления деформации (рис. 244, 245). Если в этом случае поверхностный слой механически удалить, то дальнейшая пластическая обработка затруднений не представит.
Зональная ликвация

Для предотвращения образования трещин при прокатке слитков, имеющих поверхностные или внутренние составляющие обратной ликвации, в случае твердых растворов может быть применен сравнительно длительный гомогенизирующий отжиг, во время которого происходит выравнивание состава слитка под влиянием диффузии. Если обратная ликвация проявилась в слитке уже в виде крупных натеков, то для выравнивания состава потребовалось бы слишком большое время: для ускорения процесса удобнее продукты обратной ликвации удалить механически, путем шабровки или фрезерования, и только после этого подвергнуть слитки отжигу для выравнивания состава.
Зональная ликвация

В случае применения такого способа, правда, тоже надо поступать осмотрительно, чтобы не вскрыть каналы, соединяющие наружные усадочные поры, образовавшиеся на вершинах ликвационных натеков, с внутренними усадочными полостями. так как в этом случае может произойти их окисление, что в дальнейшем вызовет образование плен. При наличии каналов, идущих с поверхности в глубь слитка, правильнее шабровку производить после первой прокатки, допуская не слишком большие обжатия. Прокатка и последующий (или одновременный в случае горячей прокатки) отжиг уничтожат пористость материала, и таким способом удастся избежать образования плен.