Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Форму кристаллов, вид поверхности кристаллизации определяют в значительной степени условия теплоотвода скрытой теплоты плавления, выделяющейся в процессе кристаллизации, направление и величина градиента температуры. При условии положительного градиента температуры, т. е. при ее возрастании в направлении от стенки в объем расплава, идет процесс кристаллизации металла устойчивым плоским фронтом (рис. 3.7, а). В этом случае выступ, образующийся на поверхности твердой фазы, попадает в область температур выше Т0 и оплавляется.
При условии высокой скорости охлаждения и сильного переохлаждения расплава может существовать отрицательный градиент температуры, что соответствует понижению температуры расплава в направлении от поверхности стенки в объем. В этом случае выступ, образовавшийся на поверхности кристалла, попадает а зону переохлажденной жидкости и не оплавляется (рис. 3.7, б), а растет с повышенной скоростью, обусловливая неустойчивость кристаллизации плоским фронтом. В этом случае наблюдается дендритный рост, образуются кристаллы дендритной формы в виде оси первого порядка — ствола дерева — и отходящих от нее осей второго, далее третьего и высшего порядков. Параметрами дендритной структуры служат расстояния между осями (ветвями), в частности наиболее распространенным является параметр РВО (расстояние между вторичными осями).
Образование зоны столбчатых кристаллов в структуре слитка связывают с предпочтительным ростом кристаллов определенной кристаллографической ориентации (например, для металлов с гранецентрированной кубической решеткой в направлении {100}). Формирование дендритных кристаллов в определенном кристаллографическом направлении обусловлено анизотропией скорости роста в зависимости от кристаллографического направления. Конечная форма кристалла определяется поверхностями с минимальной скоростью роста, так как быстрорастущие плоскости зарастают и исчезают, Атомная теория роста кристаллов рассматривает рост кристалла как процесс последовательного кристаллографического упорядоченного присоединения атомов к кристаллографическим поверхностям — граням кристалла, что позволяет объяснить морфологию кристаллов.