» » Микронеоднородность сталей и сплавов выплавленных разными способами
30.01.2015

Усилия металлургов с давних пор направлены на совершенствование технологии плавки и разливки сталей и сплавов с цепью уменьшения структурной и химической микронеоднородности в готовом металле. Различного рода микронеоднородности или микронарушения в правильном расположении атомов, возникающие при неравновесной кристаллизации, оказывают огромное влияние не только на технологические свойства сталей и сплавов в процессе охлаждения, но и на многие свойства при последующих обработках слитка или отливки и эксплуатации готового металлического изделия. Вначале металлурги превалирующее внимание уделяли изучению химической микронеоднородности и борьбе с ней, характеризующей неравномерное распределение атомов легирующих элементов и примесей в сталях и сплавах. Затем было установлено, что металлы и сплавы содержат также большое количество точечных и линейных несовершенств кристаллической решетки-вакансий и дислокаций, оказывающих огромное влияние на механические свойства металлических изделий. Как справедливо указывает Я.Е. Гегузин, каждому металлургу в настоящее время известна значимость пары Я.И. Френкеля, характеризующей взаимодействие вакансии с отдельным атомом.
В условиях неравновесной кристаллизации проявляются следующие механизмы возникновения дислокаций: а) конденсация вакансий ниже фронта кристаллизации в дискообразные скопления и перерождение их в кольцевые дислокации; б) возникновение линейных и винтовых дислокаций на межфазной границе под действием локальных напряжений и деформаций, вызванных неравномерным градиентом температур, усадочными напряжениями, столкновением растущих кристаллов; в) возникновение линейных дислокаций в участках кристаллической решетки с локальным изменением параметра в результате неравновесного врастания в кристаллит атомов легирующих элементов и примесей.
Б.А. Мовчан экспериментально установил, что в интервале скоростей роста кристаллитов 0,005-0,05 см/с ширина осей кристаллитов (L) и ширина обогащенных междуосных пространств (l) приблизительно равны: L=2*Dжv-1; l=2*A*Dжv-1, где Dж — коэффициент диффузии легирующего элемента (примеси) в жидком металле, равный 1*10в-5— 5*10в-5 см2/с; v — средняя скорость роста кристаллита; А — постоянная величина для данного металла или сплава.
А.А. Бочвар первый высказал мысль, что зависимость дендритной неоднородности от скорости охлаждения должна выражаться кривой с максимумом, которая впоследствие подтвердилась экспериментально в работах отечественных и зарубежных ученых. Степень обогащения междуосных и междендритных пространств, фиксируемая после затвердения и охлаждения сплава, зависит от развития следующих процессов: а) перераспределения растворенных в жидком сплаве легирующих элементов (примесей) между растущими кристаллитами и оставшейся жидкой фазой и образования обогащенных междуосных пространств; б) диффузионного выравнивания состава осей и междуосных пространств дендритов при дальнейшем охлаждении сплава до более низких температур.
На развитие химической и структурной микронеоднородности сталей и сплавов большое влияние оказывают их химический состав и содержание примесей, а также метод выплавки и способ разливки металла. Эти факторы, во многом определяющие характер развития микронеоднородности в готовом металле, мы и рассмотрим в данной главе.