Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Важным фактором, определяющим структуру слитка при дендритной кристаллизации, является расстояние между ветвями дендрита (дендритный параметр), который зависит от скорости охлаждения расплава. Повышение степени дисперсности структуры, уменьшение дендритного параметра соответствуют возрастанию скорости охлаждения. При этом зависимость дендритного параметра от скорости охлаждения расплава используется на практике для косвенной оценки реальной скорости охлаждения сплава, поскольку прямые методы ее определения весьма сложны. Размер зерна в быстрозакаленных сплавах зависит от большого числа факторов и менее существенно меняется по мере изменения скорости охлаждения расплава. К факторам, оказывающим определяющее влияние на размер зерна, относятся чистота расплава по модифицирующим примесям, температура разливки и внешние средства воздействия на расплав в процессе затвердевания.
На рис. 5.3 приведена микроструктура гранулы фракции 180—250 мкм быстрозакаленного порошка, полученного распылением жаропрочного никелевого сплава ЖС6К, и слитка, полученного по традиционной технологии. Увеличение скорости охлаждения при кристаллизации сопровождается существенным повышением дисперсности дендритов, уменьшением дендритного параметра в соответствии с соотношением λ = 109Vохл -0,44. Размер карбидных частиц, выделяющихся при кристаллизации сплава ЖС6К, уменьшается от 20—40 мкм в слитке диметром 380 мм при скорости охлаждения менее 1 К/с до субмикронных значений для гранул. Образование отдельных крупных карбидных выделений размером более 100 мкм, которые в традиционных слитках жаропрочных никелевых сплавов представляют дефект литой структуры, устраняется при получении гранул. Основным механизмом диспергирования карбидов является уменьшение элементов дендритной структуры сплавов, сопровождающееся измельчением продуктов кристаллизации, выделяющихся в межосных пространствах и по границам дендритов.
При быстрой закалке распылением расплава размер зерен в частицах порошка меняется от 20 до 1 мкм. При охлаждении расплава со скоростями ~ 105—106 К/с размеры зерен обычно находятся в пределах от 0,1 до нескольких микрометров. Более дисперсные микрозернистые структуры со средним размером кристаллов около 0,01—0,1 мкм получают при распылении аморфных сплавов.
Типичная микроструктура сплавов на основе алюминия систем Аl—Mg—Si и Аl—Сu в быстрозакаленном состоянии в виде тонких фольги в равновесном состоянии представлена на рис. 5.4 и 5.5. В равновесном состоянии слиток сплава Аl—Мg—Si характеризуется наличием значительного количества эвтектики, содержащей Mg2Si и Si. В быстрозакаленном состоянии в этом сплаве имеет место дисперсная структура ячеистых дендритов с выделениями только Mg2Si. В быстрозакаленной фольге сплава системы Аl—Сu формируется микрокристаллическая структура с зоной столбчатой структуры у поверхности фольги.
Установлено, что с уменьшением размеров гранул (увеличением скорости кристаллизации) происходит измельчение структурных составляющих сплава и повышение микротвердости. Так, у прутков, изготовленных из фракции быстрозакаленных гранул сплава ВМД10 системы Мg—Y—Zn с размерами 2,5—1,0 мм, микротвердость составляла 630—980 МПа, а у прутков, изготовленных из фракции гранул с размерами 1,0—0,4 мм, — 750—1440 МПа.
Увеличение скорости кристаллизации быстрозакаленных магниевых сплавов, достигаемое при использовании спиннингования, способствует измельчению элементов структуры: дендритных ячеек и выделений вторых фаз.