» » Получение сверхмелкозернистой структуры металлов и сплавов при кристаллизации
27.01.2015

Мелкозернистую структуру металлов и сплавов при затвердевании можно сформировать несколькими принципиально различными способами: повышением скорости зарождения центров кристаллизации путем изменения температурных условий затвердевания; легированием расплава и введением в него элементов-модификаторов; воздействием на топологию поверхности раздела жидкой и твердой фаз, определяющей форму и распределение растущих кристаллов.
Говоря о степени измельчения структуры, необходимо указывать тип (состав) сплава, форму или размер слитка. В чистых металлах получить мелкое зерно намного труднее, чем в сплавах, и, напротив, в сложных, многокомпонентных системах почти невозможно получить крупнозернистую структуру. Важное значение имеют также форма и размер слитков: большие объемы расплавленного металла остывают медленно и скорость их охлаждения повысить трудно; с другой стороны, возникают определенные трудности при исследовании свойств пленочных образцов, получающихся при капельном охлаждении расплавленного металла.
На определенные свойства сплавов величина и распределение зерен в структуре слитков оказывают непосредственное влияние, в то время как ряд других свойств определяется действием вторичных эффектов измельчения зерен до заданной величины. К сожалению, до сих пор основное внимание исследователей направлено на анализ структуры, образующейся при кристаллизации слитка; значительно меньше внимания уделено ее связи со свойствами сплава. Именно этим объясняется отсутствие среди исследователей единого мнения о необходимости и полезности измельчения зерна металлов и сплавов.
Хотя структуру сплава можно значительно изменить в процессе термомеханических обработок, тем не менее исходная (литая) структура сохраняет важное значение, во-первых, из-за ее влияния на обрабатываемость (деформируемость) сплава в твердом состоянии и, во-вторых, из-за сильного влияния на свойства сплавов микро- и макроликваций слитков.
В реальных условиях степень микроликвации намного выше степени ликвации, возникающей при затвердевании слитков в равновесных условиях. При кристаллизации границы зерен затвердевают в последнюю очередь, выполняя тем самым роль ловушек для «вредных» компонентов сплава. Поэтому мы считаем, что границы зерен являются наиболее ликвационными областями слитка. Даже в относительно чистых материалах состав жидкой фазы в междендритных каналах легко достигает концентраций, соответствующих двухфазной структуре.
He все из рассматриваемых ниже способов измельчения зерна в слитках способствуют получению действительно сверхмелкозернистой структуры. Мы исходили из необходимости дать возможно более полный обзор методов измельчения зерна при кристаллизации металлов и сплавов.
Необходимо отметить, что в высоколегированных сплавах, например в эвтектических, величина зерна играет менее важную роль, чем межпластинчатое расстояние или любой другой параметр, характеризующий распределение фаз в структуре сплава.
После изложения элементов теории кристаллизации в статье рассмотрены методы получения мелкозернистой структуры металлов и сплавов при затвердевании. Все эти методы основаны на трех принципах: 1) контроле температурных условий кристаллизации; 2) легировании и введении в расплав элементов-модификаторов; 3) воздействии внешних силовых полей на кристаллизующуюся систему.