Не е спонтанна първична кристализация
В реални условия кристализационните процеси до голяма степен зависят от наличните готови кристализационни центрове. Такива центрове могат да бъдат твърди частици от различни примеси, стени на плесен. Особено ефективни са частици от такива вещества, които по своята кристална структура са подобни на втвърдяващ се метал. Това сходство се проявява в тясното съответствие на разположението на атомите в определени равнини на решетките на метала и примесите.
Разтворените примеси в метала допринасят за увеличаване на броя на центровете, ако примесите са повърхностно активни вещества, които намаляват повърхностното напрежение. В този случай критичният размер на центъра на кристализация намалява, което е еквивалентно на увеличаване на степента на преохлаждане.
В практиката модифицирането се използва широко за усъвършенстване на структурата - обработка на течни сплави с малки количества добавки (модификатори). Като модификатори се използват повърхностно активни вещества (бор в стоманата, натрий в алуминия и неговите сплави) и огнеупорни метали (титан, цирконий в алуминия и неговите сплави). Модификаторите се добавят към сплавите в количества от хилядни до десети от процента.
С повишаване на температурата на течния метал, примесите, които играят ролята на допълнителни кристализационни центрове, се разтварят и повърхностноактивните примеси се дезактивират, следователно повишаването на температурата на течния метал преди изливането води до огрубяване на зърното по време на кристализация.
Формата на кристалите и структурата на слитъците
Формата на зърната, образувани по време на кристализация, зависи от условията на растежа им, главно от скоростта и посоката на отвеждане на топлината и температурата на течния метал, както и от примесите.
Растежът на зърното става по дендритен (дървовиден) модел (фиг. 2.1).
Установено е, че „най-великиятскоростта на растеж на кристалите се наблюдава в такива равнини и посоки на решетката, които имат най-висока плътност на опаковане на атомите. В резултат на това растат дълги клони, които се наричат оси от първи ред. След това се появяват клонове от втори ред и започват да растат по тези оси и т.н.
Класификацията на кристалните решетки е показана в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Видове кристални решетки
| Кристалографска система | Решетки Смели | |||
| просто | центрирано в основата | Центрирано върху тялото | лице в центъра | |
| Триклинен (паралелепипед) K2Cr2O7 | ||||
| Моноклинна (правилна призма с успоредник в основата) Св | ||||
| Ромбичен (ромбоедър) Fe3C, Sa | ||||
| Тетрагонален (десен паралелепипед) TiO2, Snv | ||||
| Тригонален (ромбоедър) (равностранен ромбоедър As, Bi) | ||||
| Шестоъгълна (шестоъгълна призма) Zn, Cd | ||||
| Кубичен (правилен куб) Cu, Fe, NaCl |
Ако гладката (основна) ос на дендрита, ориентирана по посока на отвеждане на топлината (ос от първи ред), е много по-дълга от осите, перпендикулярни на нея (ос от втори ред), тогава дендритът се наричаколона. Ако осите от първи и втори ред са приблизително еднакви по дължина и достатъчно развити, дендритът се наричаравноосен. В случай, че в течния метал възниква много голям брой кристализационни центрове (със значителна степен на преохлаждане или поради наличието на голям брой външни кристализационни центрове), тогава дендритите нямат време да растат; такивадендритите се наричат малки кълбовидни.
Най-често по време на кристализацията на метали и сплави, използвани в промишлеността, се образуват дендрити от трите вида.
Дендритите растат, докато се докоснат. След това междуосевите пространства се запълват окончателно и дендритите се превръщат в кристали с пълно тегло с неправилно външно фасетиране. Такива кристали се наричат зърна иликристалити. На границите между зърната в зоните между осите на дендритите се натрупват примеси, появяват се пори поради свиване и затруднения при приближаването на течния метал към фронта на кристализация.
 |
| Ориз. 2.1. Схема на растеж на дендрита. |
Условията на отвеждане на топлината по време на кристализация значително влияят върху формата на зърното. Това може да се види в примера за кристализация на стоманен слитък (виж фиг. 2.2).
Кристализацията на стоманен блок протича на три етапа. Първо, върху повърхността на слитъка се образува зона 1 (виж фиг. 2.2) от малки кристали - това е резултат от въздействието на студена метална форма, която осигурява висока скорост на охлаждане на метала в първите моменти на втвърдяване на слитъка. След това растат големи кристали (зона2),удължени в посока на отвеждане на топлината. Наричат се колонни кристали. Накрая, в средата на слитъка, където се наблюдава най-ниската степен на преохлаждане, се образуват равновесни кристали с големи размери (зона 3).
 |
В горната част на слитъка, която се втвърдява последна, се концентрира кухина за свиване. Под свиващата се обвивкаметалът е хлабав, съдържа много пори за свиване. Част от слитъка с кухина за свиване и свободен метал се отрязва. Слитъкът има разнороден състав. Например в стоманата, в посока от повърхността към центъра и отдолу нагоре, концентрацията на въглерод и вредни примеси - сяра и фосфор - се увеличава. Химическата хетерогенност в отделните зони на слитъка се нарича зонална сегрегация. Влияе негативно на механичните свойства.