Сварочные работы: современное оборудование н техноло­гия работ

Кристаллическое строение и кристаллизация сплавов

Строение сплавов более сложное, чем строение чистого ме­талла, и зависит от взаимодействия компонентов при крис­таллизации.

Компоненты сплава при кристаллизации могут образовы­вать:

- твердые растворы* когда элементы сплава взаимно раство­ряются один в другом;

- механическую смесь — при полной взаимной нераствори­мости, когда сплав состоит из смеси кристаллов составля­ющих ее компонентов;

- химическое соединениепри котором компоненты сплава вступают в химическое взаимодействие, образуя новую кристаллическую решетку.

Процесс перехода сплава из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллических решеток (кристаллов) назы­вается первичной кристаллизацией. Свойства металлических сплавов зависят от образующейся в процессе кристаллизации структуры. Под структурой понимают наблюдаемое кристал­лическое строение сплава. Процесс кристаллизации начинает­ся с образования кристаллических зародышей — центров кри­сталлизации.

Скорость кристаллизации зависит от скорости зарождения центров кристаллизации и скорости роста кристаллов в прямой зависимости, т. е. чем выше скорость роста кристаллов и больше число образующихся зародышей, тем быстрее протекает процесс кристаллизации сплава. Внутренняя структура сплава зависит от формы ориентировки кристаллических решеток в пространстве и скорости кристаллизации.

Центрами кристаллизации могут быть группы элементарных кристаллических решеток, неметаллические включения, туго­

плавкие примеси. Процесс кристаллизации обычно начинается в направлений, противоположном отводу тепла.

Если процесс роста кристаллов не ограничивается, то образуются кристаллы неограниченной длины, в форме дерева или елочек-дендриты (рис. 38).

Так как процесс кристаллизации происходит в различных направлениях из многих центров кристаллизации, то ветви денд - ритов обычно искажаются, ограничивая при этом рост других кристаллов. Кристаллы неправильной формы называются зерна­ми, или кристаллитами. В месте соприкосновения кристаллов рост их граней прекращается, и развиваются только отдельные грани. Число центров кристаллизации и скорость роста кристал­лов влияют на величину зерна и, следовательно, на свойства металлов. При этом особую роль играет скорость охлаждения и переохлаждения расплавленного металла.

Зерна отличаются размером и ориентацией в кристалле. Они обычно повернуты относительно друг друга на десятки градусов. На границах зерен находится поврежденный переходный слой, порядка нескольких атомных слоей. Свойства и химический состав этого слоя могут сильно отличаться от свойств и состава зерен основного металла или сплава.

Кристаллические решетки могут иметь структурные дефек­ты: точечные, линейные, поверхностные, возникающие в резуль­тате вакансий (перемещения на свободные места) атомов.

При наличии таких дефектов зерно (кристаллит) разделяет­ся на блоки в виде микромозаичной структуры (рис. 38).

При переходе сплава из жидкого состояния в твердое проис­ходит усадка, т. е. уменьшение удельного объема зерен кристал­лов. В результате усадки между зернами кристаллов в местах со­прикосновения растущих дендритов в междуосных пространствах возникают микропустоты. Пустоты могут заполняться неметал­лическими включениями (фосфидами, сульфидами и т. п.) или ос­таваться в виде раковин, микротрещин, пустот. Такие включе­ния становятся центрами развития трещин, надрывов при приложении нагрузки или нагреве.