Схема макростроения стального слитка

Строение металлического слитка (отливки)

Металлический слиток (отливка) является физически (струк­турно) и химически неоднородным. Макростроение слитка зависит от ряда факторов, однако в основном оно соответствует схеме, пред­ложенной впервые Д. К. Черновым. По этой схеме стальной слиток имеет несколько структурных зон (рис. 16), образование которых является результатом различной скорости отвода тепла металла при кристаллизации стенками изложницы или формы.

Схема макростроения стального слитка

Схема макростроения стального слитка

Наибольшая скорость отвода тепла и степень переохлаждения в месте соприкосновения металла со стенками изложницы — зона 1. В этой зоне, сравнительно небольшой, образуется тонкий слой мел­ких зерен, различно ориентированных. В зоне 2, называемой транс­кристаллизационной, или столбчатой, возникают крупные кристаллы, ориен­тированные перпендику­лярно к поверхности из­ложницы или формы. И, наконец, середина слитка состоит из различно ори­ентированных крупных кристаллов — зона 3. Та­ким образом, макрострое­ние слитка характеризует­ся наличием трех зон, имеющих разные механи­ческие свойства.

В литом состоянии лучшие механические свой­ства имеет металл слитка в зоне столбчатых кристаллов. Однако в связи с тем, что по границам этих кристаллов располагаются примеси и другие вклю­чения, при последующей обработке давлением места стыков столб­чатых кристаллов являются плоскостями наименьшего сопротив­ления пластической деформации и металл в них разрушается. По­этому наличие столбчатой структуры в слитке, как правило, неже­лательно.

Объем зон слитка можно регулировать, главным образом, ме­няя скорость охлаждения: чем ниже скорость охлаждения, тем меньше объем зоны столбчатых кристаллов в слитке.

Неоднородность слитка по физическим свойствам обусловли­вается наличием усадочных раковин, пор, газовых пузырей и дру­гих дефектов, сосредоточенных в верхней части слитка или рас­сеянных по всему его объему. Образование усадочных раковин и пор связано с уменьшением объема металла при затвердевании, а газо­вых пузырей — с поглощением газов жидким металлом.

В процессе кристаллизации возникает неоднородность по хими­ческому составу в различных зонах слитка. Содержание примесей и неметаллических включений в нижней (донной), средней и верхней (головной) части слитка, а также распределение их в направлении от его центра к периферии разное. Неоднородность по химическому составу в различных зонах слитка называют зональной лик­вацией.

Неоднородность по химическому составу, так же как и по физи­ческим свойствам, вызывает различие в механических свойствах ме­талла в разных частях слитка (отливки). Например, наилучшие ме­ханические свойства имеет металл донной части слитка, а также металл, расположенный на его периферии.