» » Влияние примесей на кристаллизацию металлов и сплавов
22.04.2015

Действие растворимых в расплаве примесей можно учесть, рассматривая кристаллизацию не чистого металла, а сплава основного металла с примесью.
Наиболее заметное действие на кристаллизацию металлов оказывают растворенные поверхностно-активные примеси, которые способны резко понижать поверхностное натяжение основного металла. Снижение поверхностного натяжения обусловливает уменьшение размера устойчивых зародышей кристаллизации. Вероятность же случайного возникновения мелких зародышей при переохлаждении расплава значительно больше, чем крупных. В итоге кристаллизация идет из многих центров, а макроструктура металла измельчается. Кроме облегчения образования зародышей. подобные примеси способны затруднять рост кристаллов, так как они могут адсорбироваться на их поверхности и мешать присоединяться атомам основного металла.
Частицы взвешенных в расплаве нерастворимых примесей могут быть подходящими подложками для появления на них зародышей в том случае, если периоды решеток примеси и металла различаются не более чем на 15 %. Наличие в расплаве такой взвеси вызывает уменьшение начального переохлаждения и измельчает макроструктуру.
Большая часть нерастворенных частиц, конечно, не удовлетворяет этому правилу, однако они все же способны оказывать влияние на зарождение кристаллов. Частицы могут иметь микротрещины, заполненные металлом. Если расплав смачивает примесь, то точка плавления вещества в очень тонкой трещине оказывается тем выше, чем меньше толщина трещины. Поэтому при
небольших перегревах расплава металл в трещинах частиц примесей не расплавится и при последующем охлаждении будет действовать как готовый зародыш. Это может выразиться в общем измельчении макрозерна.
По-видимому, основная доля взвешенных примесей не участвует в процессе зарождения кристаллов. Тем не менее эти примеси оказывают существенное влияние на окончательный результат процесса. В зависимости от соотношения поверхностных энергий на стыке кристалл — расплав — примесь частицы примесей могут либо врастать в кристалл, либо перемещаться перед растущим кристаллом. В первом случае частицы примесей окажутся распределенными в твердом металле так же равномерно, как это было в жидкости. Во втором случае частицы будут перемещаться перед растущим кристаллом и окажутся на границах зерен (рис. 18). Поскольку кристаллизация металлических расплавов происходит с образованием дендритов, скопления нерастворимых примесей оказываются в межосных промежутках дендритов.
Влияние примесей на кристаллизацию металлов и сплавов

Линейная скорость роста кристаллов существенно влияет на поведение частиц примесей, способных сдвигаться при росте кристаллов. Повышенная скорость роста вызывает увеличение силы вязкого сопротивления при перемещении частицы в жидкости. Поэтому при большой скорости роста кристаллов те же частицы остаются неподвижными и оказываются распределенными в твердом веществе так же. как и в жидком.
Действие инородных включений на свойства твердого металла совершенно ясно. Чем равномернее их распределение, тем меньше они понижают пластичность металла. Присутствие в межосных промежутках большого количества мельчайших частиц инородных включений существенно затрудняет диффузионное выравнивание состава. Кроме того, эти частицы не могут растворяться или перемешаться, и поэтому они как бы фиксируют дендритную структуру, даже если состав основного раствора выравнялся.