» » Затвердевание отливок из сплавов с интервалом кристаллизации
22.04.2015

Отливки из этих сплавов затвердевают с образованием переходной двухфазной не полностью затвердевшей области. В существовании этой области легко убедиться из следующего простейшего построения (рис. 19). Если перенести с диаграммы состояния температуры ликвидуса и солидуса (для простоты равновесного) на кривую распределения температур в теле отливки, то можно выделить область, где температура находится между этими точками. Это и будет двухфазная переходная область, в которой проходит кристаллизация.
Затвердевание отливок из сплавов с интервалом кристаллизации

На рис. 20 показано распределение температуры в отливках из сплавов, однофазного твердого раствора и доэвтектического сплава. Как видно, в обоих случаях в центральной части отливки длительное время сохраняется постоянная температура, равная температуре ликвидуса. Температура в этой части не может упасть ниже точки ликвидуса, так как именно она поддерживается на передней границе двухфазной области, где начинается кристаллизация.
Поскольку в отливке проходит неравновесная кристаллизация сплава, то появляются дендриты, и двухфазная область как раз представляет тот объем, где появляются и развиваются дендриты. На передней границе двухфазной области (на изотерме ликвидуса) идет рост вершин стволов дендритов. По мере продвижения двухфазной области через данную точку отливки происходит постепенное утолщение стволов и осей дендритов. Остающаяся жидкость при этом непрерывно изменяет свой состав. На задней границе двухфазной области (на изотерме солидуса) исчезают последние капли жидкости.
Затвердевание отливок из сплавов с интервалом кристаллизации

Двухфазная область в ходе згтвердевания отливки непрерывно расширяется. На рис. 20, с видно, что на 1-й минуте затвердевания двухфазная область составляла около 0,2 толщины отливки, а на 2-й минуте — более 0,3. В отливке из доэвтектического сплава (рис. 20, б) двухфазная область расширилась с 0,1 толщины (1 мин) до 0,25 (3 мин) Это является общей закономерностью затвердевания отливки, если только внешние условия отводе тепла не меняются.
В отливке из доэвтектического сплава, кроме температурной остановки на уровне ликвидуса, отмечается еще остановка при эвтектической температуре. Как показывает рис. 20, б, на 7-й минуте в центральной части отливки установилась температура эвтектики, сохранявшаяся более 11—7 = 4 мин. Первоначальные размеры этой области составляли около 0,5 общей толщины отливки (по 0.25 в обе стороны от центра). Это явление связано с особенностями протекания неравновесной кристаллизации в сплавах такого типа После того как в данной точке началась кристаллизация, жидкость вокруг выросших осей дендритов быстро приобретает эвтектический состав. Продолжающийся отвод тепла вызывает интенсивное продвижение передней границы двухфазной области в глубь отливки. Задняя же граница, соответствующая температуре эвтектики, движется медленнее, так как для затвердевания значительных количеств эвтектики необходимо отвести столь же значительные количества тепла В результате двухфазная область очень быстро расширяется и захватывает весь центр отливки. Одновременно в двухфазной области происходит выравнивание температуры. Поскольку предельный состав жидкости в данном сплаве — эвтектика, то очень скоро во всей двухфазной области оставшаяся жидкость приобретает эвтектический состав. В итоге в определенный момент времени в центре отливки оказывается каркас из осей дендритов; промежутки между ними заполнены эвтектической жидкостью, которая затвердевает послойно. Поэтому в глубинных слоях отливки наблюдается остановка при эвтектической температуре
Отмеченные особенности затвердевания и распределения температуры в отливках наблюдаются лишь в достаточно толстых сечениях (примерно более 50—100 мм) и при использовании форм, интенсивно отводящих тепло. В тонких сечениях затвердевание идет так быстро, что его отдельные этапы уловить невозможно.
Затвердевание отливок в формах из материалов с малой теплопоглощающей способностью существенно отличается от описанного. Из-за малой интенсивности отвода тепла формой в затвердевающей отливке, даже в твердой ее части, с самого начала устанавливается очень незначительный перепад температур. Поэтому распределение температуры в отливках, заливаемых в песчаные и керамические формы, почти равномерное, и двухфазная область неизбежно распространяется на весь объем отливки, так что отливка длительное время целиком находится между ликвидусом и солидусом. Такой характер затвердевания называют объемным.
Затвердевание отливок из сплавов с интервалом кристаллизации

На рис. 21 показано распределение температуры в отливке из сплава со значительным интервалом кристаллизации при литье в металлическую (а) и песчаною (б) формы. На рис. 21 видно, что затвердевание в металлической форме закончилось приблизительно через 4,5 мин, а в песчаной форме — более чем через 50 мин. При этом в первом случае задняя граница двухфазной области (изотерма солидуса) быстро и отчетливо продвигалась от поверхности к центру: через 3 мин она была на расстоянии 25 мм от поверхности, через 4 мин — на расстоянии 50 мм. При затвердевании же в песчаной форме практически невозможно проследить за таким продвижением, столь равномерно снижается температура по всему объему отливки. В этом случае отливка целиком находилась в двухфазном состоянии между ликвидусом и солидусом практически в течение всего периода затвердевания, т. е. более 50 мин.