Основы материаловедения

Сажин В.Б.

Теис, 2005 г.

Строение металлического слитка

Форма растущих кристаллов определяется не только условиями их касания друг с другом, но и составом сплава, наличием примесей и режимом охлаждения. Обычно механизм образования кристаллов носит дендритный (древовидный) характер (рис. 36). Дендритнаякристаллизация характеризуется тем, что рост зародышей происходит с неравномерной скоростью. После образования зародышей их развитие идет в тех плоскостях и направлениях решетки, имеющих наибольшую плотность упаковки атомов и минимальное расстояние между ними. В этих направлениях образуются длинные ветви будущего кристалла - так называемые оси первого порядка. В дальнейшем от осей первого порядка начинают расти новые оси — оси второго порядка, от осей второго порядка - оси третьего порядка и т.д. По мере кристаллизации образуются оси более высокого порядка, которые постепенно заполняют все промежутки, ранее занятые жидким металлом.

Получение слитка в металлических изложницах и устройствах непрерывной разливки стали

Реальный процесс получения стального слитка. Стальные слитки получают охлаждением в металлических формах (изложницах) или на установках непрерывной разливки. В изложницесталь не может затвердеть одновременно во всем объеме из-за невозможности создания равномерной скорости отвода тепла. Поэтому процесскристаллизациистали начинается у холодных стенок и дна изложницы, а затем распространяется внутрь жидкого металла.

Металлические формы (изложницы). При соприкосновении жидкого металла со стенками изложницы (рис. 37) в начальный момент образуется зона (2) мелких равноосных кристаллов. Так как объем твердого металла меньше жидкого, между стенкой изложницы и застывшим металлом образуется воздушная прослойка и сама стенка нагревается от соприкосновения с металлом. Поэтому скоростьохлажденияметалла снижается, и кристаллы растут в направлении отвода теплоты. При этом образуется зона 3, состоящая из древовидных или столбчатых кристаллов. Во внутренней зоне слитка (4) образуются равноосные, неориентированные кристаллы больших размеров в результате замедленного охлаждения. В верхней части слитка, которая затвердевает в последнюю очередь, образуется усадочная раковина 6 вследствие уменьшения объемаметалла при охлаждении. Под усадочной раковинойметалл в зоне 5 получается рыхлым из-за большого количества усадочных пор. Для получения изделий используют только часть слитка, удаляя усадочную раковину и рыхлый металл слитка для последующего переплава. Слиток имеет неоднородный химический состав, который тем больше, чем крупнее слиток. Например, в стальном слитке концентрация серы и фосфора увеличивается от поверхности к центру и снизу вверх. Химическую неоднородность по отдельным зонам слитка называют зональной ликвацией. Она отрицательно влияет на механические свойстваметалла и, в отличие от внутрикристаллической ликвации, не устраняется термической обработкой. Верхняя и нижняя часть слитка (около 20-25% от массы отливки) отрезается и идет в переплав.

Устройство непрерывной разливки стали (рис. 38) во многом снимает недостатки получения слитка в металлической изложнице. Жидкую сталь из ковша (1) через промежуточное разливное устройство (2) непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна - кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий Слиток (4). Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, образующую его дно. Жидкий металл попадая в кристаллизатор на затравку, охлаждается и затвердевает, образуя корку. Затравка тянущими валиками (5) вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевающим слитком с полужидкой сердцевиной. Скорость вытягивания слитка из кристаллизатора (порядка 1 м в минуту) регулируется и зависит от его сечения. На выходе из кристаллизатора (3) Слиток охлаждается водой в зоне вторичной кристаллизации при помощи разбрызгивающих форсунок (6). Отсюда Слиток (полностью затвердевший) попадает в зону резки, где разрезается с помощью газового резака на заготовки требуемой дайны.

Для предотвращения приваривания слитка к стенкам кристаллизатора он совершает возвратно-поступательные движения с шагом 10-50 мм и частотой 10-100 циклов в минуту. Вследствие направленного затвердевания и непрерывного питания при усадке в слитках отсутствуют усадочные раковины. Они имеют качественную поверхность, плотное строение и мелкозернистую структуру. Выход годных заготовок достигает 96-98% от массы разливаемой стали