Ликвация

(от лат. liquatio - разжижение, плавление) [segregation; liquation] — неоднородность сплава по химич. составу, структуре и неметаллич. включениям, образ, при кристаллизации слитка, непрерывно-литой заготовки и отливки. Л. возникает в рез-те того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной темп-ре, а в интервале темп-р. При этом состав кристаллов, образ, в начале затвердевания, может существ, отличаться от состава последних порций кристаллиз. маточного р-ра. Чем шире темп-рный интервал кристаллизации сплава, тем большее развитие получает л., причем наиб, склонность к ней проявляют те компонеты сплава, к-рые наиб, сильно влияют на ширину интервала кристаллизации (для стали, напр., S, Р, С, О). Особое значение имеет л. в стали, впервые обнаруж. рус. металлургами Н. В. Калакуцким и А. С. Лавровым в 1866 г. В завис-ти от места расположения, протяжен, и объема в слитке (отливке, полуфабрикате) различают микро-, макро- и местную ликвацию. К первой относят дендритную (или внутрикристал-лич.), ко второй — зональную (прямую и обратную) и карбидную и к третьей — внеосе-вую, осевую V-образную и пятнистую л.:
внеосевая (шнуровая) ликвация [off-center segregation] — местная ликвация в слитках, образ, в вертик. или близких к вертик. участках переходной области. Возникн. в. л. чаще всего связ. со сползанием части объема переходной (двухфазной) области под действием гравитац. сил. При этом образуются надрывы и горячие трещины, к-рые заполняются расплавом, обогащ. легкоплавкими составл. После затвердевания эти участки вы-явл. в виде шнуров на макрошлифах травлением. Движение жидкого металла вдоль фронта кристаллизации усиливает эффект разрушения тв. дендритного каркаса двухфазной зоны и способствует развитию внеосевой ликвации;
гравитационная ликвация [gravity segregation] — местная ликвация по высоте слитка (отливки), связ. с различием в плотности (уд. весе) тв. и жидкой фаз, а также не смешивающихся при кристаллизации жидких фаз; образ, вследствие движения частиц тв. фазы в зоне взвеш. кристаллов лунки слитка (отливки). Наиб, частые случаи г. л.: кристаллизация откр. пов-ти слитка и послед, неравномерное падение кристаллов (по мере их укрупнения) на дно лунки вследствие разности в плотн. тв. и жидкой фаз; кристаллизация на литейной воронке и др. частях литейной оснастки с послед, падением кристаллов вследствие встряхивания, неравномерного перемещ. слитка и др.; объемная кристаллизация матричных кристаллов при малой скорости охлаждения, а также первичных кристаллов интерметаллич. соединений в лунке и неравномерное их перемещение. Наиб, сильно г. л. проявляется, если в сплаве проходит монотект. превращ. (напр., бронза с 3-5 % РЬ). В отливках из таких бронз расплав после выделения кристаллов меди настолько обогащен свинцом, что его плотность оказыв. больше плотности кристаллов, к-рые по этой причине всплывают в верхнюю часть отливки, а в нижней обнаруж. повыш. в 2—3 раза содержание свинца. Проявлением г. л. в крупном стальном слитке — образование так наз. «конуса осаждения» в его ниж. части. Эта область занята грубыми денд-ритами, осевшими при медл. затвердевании слитка. Содержание С, S и Р в «конусе осаждения» на 20—30 % ниже, чем в среднем в стали;
дендритная (внутрикристаллитная) ликвация [dendritic segregation] — ликвация внутри одного дендрита (кристаллита, зерна), определ. интервалом и скоростью кристаллизации; следствие неравномерности кристаллизации в условиях огранич. диффузии. Степень д. л. при повыш. скорости кристаллизации измен, по кривой с максимумом. Это впервые отметил акад. А. А. Бочвар в 1931 г. Важная закономерность влияния скорости кристаллизации на д. л. — уменьш. объемов неоднородности состава, т. е. степени экстенсив. ликвации. Размер ветвей дендритов, а тж. недендрит, зерна уменьш. гиперболич. при повыш. скорости кристаллизации. Методы эксперимент, изучения д. л. включают определ. концентрации компонентов в микрообъемах и измер. кол-ва избыт, эвтектич. или перитектич. составл. разными методами. Д. л. м. б. устранена и существенно ослаблена гомогенизац. отжигом или вы-сокотемп-рным длит, нагревом слитков под горячую прокатку или ковку;
зональная ликвация [major (zonal) segregation] — л. в отд. частях (зонах) преимущ. в горизонт, плоскости слитка или отливки. 3. л. в вертик. плоскости относят к ликвации по плотности (удельному весу) и рассматривают самостоят, (см. Гравитационная ликвация). Различают прямую, или нормальную, з. л., когда наружные слои обогащены первично кристаллиз. компонентами сплава, и обратную ликвацию с противоположной направлен, изменения состава. Гл. фактор, определ. возникновение и интенсивность прямой ликвации, — вымывание маточного р-ра из кри-сталлич. каркаса в жидкую часть сплава, а гл. фактор, определ. возникновение и интенсив, обратной ликвации, — заполнение усадки в тв. каркасе не жидкостью средн. состава, а обогащ. (или обедн.) маточным р-ром. Типичный пример прямой л. — повыш. содерж. S, P и С в центр, зоне стальных слитков. Обратная л. проявляется, напр., в отливках из Sn-бронзы, в непрерывнолитых заготовках из А1-сплавов, в к-рых ликвируют легир. компоненты Си, Zn, Mg.
Относительная неоднородность состава при з. л. значит, меньше, чем при дендритной. Так, напр., при кристаллизации сплава А1 с 5 % Си, содерж. Си на периферии и в центре кристаллита отличается в 2—3 раза, а разница в содерж. Си по сеч. слитка не превыш. 20—30 %. Но влияние з. л. на неоднородность св-в полуфабрикатов м. б. существ, больше, чем влияние дендрит, з. л., и гомогенизацией не устраняется;
карбидная ликвация [carbide segregation] — неоднородное распредел. карбидных частиц по объему стального слитка, отливки или полуфабриката; образ, при кристаллизации за-эвтектоидных углеродистых и легир. сталей (напр., быстрорежущей и др.), а тж. сталей и чугунов эвтектич. класса;
обратная ликвация [negative (inverse) segregation] — неоднородность химич. состава по сеч. слитка с обогащением центр, части его первично кристаллиз. компонентами сплава; возникает, когда двухфазная область достат. протяж., и конвект. обмен расплава этой области и жидкой сердцевины затруднен или исключен. кристаллизация расплава, обогащ. легкоплавкими компонентами и примесями, сопровождается объемной усадкой, и это уменьш. объема восполн. притоком расплава из глубин, слоев заготовки. Поступающий расплав тж. обогащен указан, компонентами и примесями. В рез-те общее содерж. этих компонентов и примесей в перифер. слоях литых заготовок оказыв. повыш. в ср. с составом исх. расплава. Разница в содерж. ликвир. компонентов и примесей при зональной ликвации 10-15 % от средн. содержания;
осевая (V-образного типа) ликвация [center segregation] — положит, ликвация вдоль вертик. оси слитка (отливки) в обл. осевой рыхлости; образ, вследствие заполнения маточным р-ром двухфазной зоны V-образных надрывов и трещин в центр, части слитка. Горячие трещины по оси слитка образ, вследствие возни кн. значит, усад. и термич. напряжений.
О. л., внеосевую и пятнистую ликвацию, можно считать «залеченными» горячими трещинами;
подусадочная ликвация [pipe segregation] — положит, л. (или повыш. концентрация) С, S, Р и др. эл-тов в зоне под усадочной раковиной стального слитка;
пятнистая ликвация [speckle segregation] — л. в виде локальных участков, обогащ. легкоплавкими компонентами сплава; образ, в рез-те возникнов. горячих трещин в тв.-жидкой зоне под влиянием циклич. движения расплава и заполнения этих трещин маточным расплавом из прилегающих к ним междендрит, объемов. П. л. может возникать из-за не-равномер. подачи расплава и повыш. его га-зонасыш. В крупных стальных слитках встречается мест, ликвация в виде «усов» и «пятен», где отмечается повыш. содержание С, S и Р. Эти участки — бывшие трещины и пустоты, возникшие в ходе затвердевания литой заготовки и затем заполн. остат. жидкостью, к-рая всегда обогащена указ, эл-тами.
П. л. можно устранить изменением интенсивности движения расплава, напр, регули-ров. вращ. жидкого металла лунки при непрер. литье слитков в электромагн. поле или при вакуумной дуговой плавке. П. л. хорошо обнаружив, на макрошлифе в связи с ее повыш. травимостью из-за сегрегации легкоплавких составл.
Пов-ть получ. непрер. литьем заготовок обычно поражена пов-тными ликвац. наплывами (полосками). Они в 2-3 раза больше содержат компонентов и примесей, чем средний состав сплава. Ликвац. наплывы возникают вследствие вытекания расплава из не полностью затверд. пов-тных слоев заготовки после отхода ее от стенок кристаллизатора, вызван, линейной усадкой. Образование ликвац. поверхностных наплывов (полосок) резко усиливается, если раб. пов-ть кристаллизатора имеет царапины и зазоры