Структура слитка определяется в первую очередь условиями литья. Кристаллы получаются тем более мелкими, чем быстрее затвердевает слиток. Однако равномерная мелкозернистая структура, обычно наиболее желательная, достигается лишь при чрезвычайно низких температурах литья. Это установлено как для цинка и меди, так и для алюминия.
Образование столбчатых кристаллов наблюдаемся особенно при литье в кокиль и преимущественно при таких материалах, которые обнаруживают узкий интервал затвердевания. В гетерогенных сплавах те же условия определяют как макроструктуру, так, и характер первичных кристаллов. Напротив, характер микроструктуры и в особенности кристаллов в эвтектических смесях сравнительно мало зависит от скорости затвердевания, причем учесть эту зависимость довольно трудно.
Повышение температуры расплава при сохранении той же температуры литья действует часто, подобно повышению температуры литья, и выражается, следовательно, в увеличении зерна и усиленном образовании столбчатых кристаллов. Причиной этого является разрушение при высоких температурах остатков кристаллов, которые сохраняются при более низких температурах и действуют при затвердевании кап зародыши. Влияние величины кристаллов и характера их на свойства литья часто сильно переоценивается.
Там, где оно ясно, например в случае чистых металлов и твердых растворов, совершенно очевидно, что влияние этих факторов очень мало. Правда, об этом мы не имеем будто достаточно ясных данных. Однако на основании обширных физических опытов с металлическими монокристаллами кажется весьма вероятным, что грубозернистое литье этого типа отличается от тонкозернистого главным образом несколько меньшей твердостью.
Во всяком случае характер структуры сильнее сказывается на механических свойствах металлов, пространственная решетка которых отлична от кубической, позволяющей материалу благодаря наличию многих плоскостей скольжения принимать любую желаемую форму при обработке. Это относится, например, к цинку, висмуту, магнию и т. д. При обработке этих металлов опасность растрескивания грубозернистого материала увеличивается по той же самой причине. Важнее, но и более трудно установить побочное влияние грубого зерна и в особенности столбчатых кристаллов на форму и расположение пор и включений.
Это связано в известной мере с образованием сетки по границам зерен в затвердевшем металле, которая часто представляет места слабины вследствие неплотного состояния материала или выпадения некоторых включений в пластинчатой или чешуйчатой форме. Подобное действие примесей сказывается, впрочем, и на обработанном материале, хотя и реже.
Пористость в литье: Свойства литья в значительной степени зависят от содержаний Б нем газов, что, однако, трудно поддается контролю. Если расплав в момент затвердевания содержит большее количество газов или веществ, способных выделять газы, чем их может быть растворено в твердом состоянии, то при затвердевании происходит выделение газа из металла.
Этого различия вполне достаточно, чтобы предупредить образование усадочных раковин. Причину этого явления нелегко установить. Однако на протравленных шлифах или еще лучше на рентгеновских снимках видно, что кристаллы в подобном литье пронизаны многочисленными мелкими, круглыми, расположенными в виде дендритов порами. Опыты Аллена и Стрита с медноникелевыми сплавами показали, что при наличии таких газовых пор плотность отливки отличается от физической плотности меньше чем на 5%.
Поры эти, следовательно, компенсируют усадку при затвердевании. Если вследствие более сильного газообразования плотность уменьшается еще сильнее, та наряду с дендритными порами возникают более крупные газовые пузыри. Однако в этих случаях пористость обычно значительно меньше и не может быть. Отнесена определенно за счет выделения газов. Другие сплавы, например большинство алюминиевых, обнаруживают обычно гораздо большую газовую пористость.
В эвтектических сплавах, например в силуминах, высокое содержание газа является причиной образования большого количества пор величиной до нескольких миллиметров, а малое - содержание газа вызывает появление немногих больших пузырей, если затвердевание происходит медленно и при отсутствии сообщения отливки с атмосферой. В отливках со столбчатой макроструктурой пузыри часто вытянуты вдоль границ зерен. Другой часто наблюдаемый вид пористости, который также, вероятно, связан б содержанием газов, это - рыхлость и мелкая дендритная усадочная пористость, например в американском сплаве.
Пористость и механические свойства: Является ли пористость в материале недостатком вообще? С точки зрения механических свойств литья пористость, естественно, вредна, поскольку она понижает допустимую нагрузку на материал и его пластичность. Что же касается численного выражения этого влияния пористости на механические свойства, то прежде всего необходимо установить определенную единицу, которой можно было бы характеризовать это влияние.
В отдельных случаях можно было бы измерять ослабление поперечного сечения, вызванное наличием пузыря или поры, особенно если мы в состоянии уже предварительно установить это рентгенографическим путем. Однако при очень извилистом очертании отдельных пустот или при многочислен; очень мелких пор этот метод неприменим. В таком случае единственным непосредственным критерием для определения пористости остается обычно уменьшение плотности.
Подобная картина, но с меньшей разницей в степенях восстановления окисью углерода и водородом, наблюдается и для агломерата Б при 0 и 5% Н20. Только плотный, сильно оплавленный агломерат В во всех случаях и агломерат Б при 10% Н20 восстанавливаются водородом быстрее, чем окисью углерода. Следовательно, чем ниже восстановимость агломерата, тем эффективнее добавки водорода.
Различное влияние СО и Н2 :на скорость восстановления материалов А В отчасти можно объяснить различным содержанием в них гематита и магнетита для Fe203 окись углерода более активный восстановитель, чем Н2. Однако решающая роль принадлежит, очевидно, различию в пористой структуре материалов. С повышением их плотности растет внутреннее диффузионное сопротивление и заметнее положительное влияние водорода.
Различное влияние водорода на скорость восстановления материалов в зависимости от их структуры свидетельствует о том, что в ряде случаев лимитирующим звеном процесса становится внутренняя диффузия. Пусть восстановление окисла МеО газом при постоянной температуре контролируется диффузией в порах с диаметром, меньшим длины свободного пробега молекул газа. Тогда на каком-то расстоянии от устья поры состав газа будет равновесным по отношению к соответствующей реакции восстановления.
В этих условиях тормозящее влияние Н20 и С02 на скорость восстановления окисью углерода относительно слабее, чем в случае Восстановления материалов А и Б, и величина Ссо может возрастать. Степень использования водорода изменяется в зависимости от содержания Н2, в особенности при малых его добавках, сильнее, чем для окиси углерода, и кривые для их отношения имеют примерно такой же вид.
