"""""""~-~-~-~"~&~"~-~-~-~"""""""
Dendritele sunt cristale scheletice despicate (în sensul strict al cuvântului, ca definiție corectă a termenului). Dar termenul este adesea folosit într-un context mai larg, însemnând prin el orice forme ramificate de creștere a cristalelor și agregatelor asemănătoare arborilor.Până în prezent, diferiți autori nu respectă întotdeauna o distincție suficient de clară între cristalele scheletice și dendritice, iar acești termeni sunt adesea folosite ca identice. În timp ce în 1961 I.I. Shafranovsky a atras atenția asupra incertitudinii termenului dendrită, separându-l de conceptul de „cristal scheletic”. Ținând cont de clarificările ulterioare, cristalele scheletice despicate (uneori antischeletice) ar trebui atribuite dendritelor cristaline, este scindarea unui cristal scheletic care duce la formarea de formațiuni tridimensionale de ramificare asemănătoare arborelui. Dendritele plate „bidimensionale” se dezvoltă în fisuri subțiri.
Acest termen este de origine antică, Werner a menționat „formele dendritice” ale mineralelor încă din 1774. D.P. Grigoriev.
O dendrită (din arborele grecesc) este o formațiune ramificată și divergentă care are loc în timpul cristalizării accelerate sau constrânse în condiții de neechilibru, când marginile sau vârfurile unui cristal scheletic se despart conform anumitor legi. Ca urmare, structura cristalină a obiectului își pierde integritatea inițială, apar subindivizi dezordonați cristalografic. Ele se ramifică și cresc în direcția celui mai intens transfer de masă (alimentarea cu material de alimentare la suprafața lor), regularitatea cristalografică a cristalului original în procesul de dezvoltare a dendritei din acesta se pierde din ce în ce mai mult pe măsură ce crește. În cazul creșterii excesive a golurilor dintre ramurile dendritei, poate apărea o formațiune complexă cu o tranziție treptată de la un individ la un agregat (dar nu un singur cristal, care distinge fundamental o "dendrită" de un "schelet"). . Procesul de formare a dendritei se numește în mod obișnuit creștere dendritică.
Alături de dendritele cristaline se cunosc dendritele sferocristaline, formate prin ramificarea sferulitelor sfero-cristaline disimetrice - sferoidolite.
Exemple de dendrite cristaline includ modele de gheață pe geamul ferestrei, oxizi pitorești de mangan în fisuri subțiri, cuprul nativ în zonele de oxidare a zăcămintelor de minereu, dendrite de argint și aur nativ, dendrite reticulate de bismut nativ și o serie de sulfuri. Dendritele sferoidolite sunt cunoscute pentru malachit, todorochitul în formă de ciorchine, baritul și alte minerale; la ele ar trebui să se facă referire și la agregatele de coralit de calcit din peșterile carstice.
Fulgul de nea clasic strict simetric este un exemplu clar de cristal scheletic. Iar dendritele de gheață sunt bine cunoscute în peșterile de gheață, unde pot ajunge la dimensiuni mari. Dendritele ramificate de gheață sunt mai comune decât alte forme printre multe tipuri de modele de îngheț de pe geamurile ferestrelor. Natura cristalizării apei pe sticlă depinde în mare măsură de condițiile de răcire. Când se răcește de la 0 la - 6 ° C și o elasticitate inițială mică a vaporilor de apă, pe suprafața geamului se depune un strat uniform de gheață opac și liber. Pentru formarea inițială a unui strat subțire de astfel de gheață, defectele structurii suprafeței și zgârieturile pot juca un anumit rol ca semințe de cristalizare. Cu toate acestea, în cursul dezvoltării ulterioare a procesului, aceste influențe sunt complet acoperite de modelul general de depunere a gheții pe întreaga suprafață de răcire.
Dacă răcirea suprafeței de sticlă a ferestrei începe la o temperatură pozitivă și umiditate relativă mai mare și punctul de rouă este trecut în timpul procesului de răcire, atunci pe suprafața de răcire se depune mai întâi o peliculă de apă, care cristalizează deja sub formă de dendrite la temperaturi negative. Mai des, cristalizarea dendritică începe în partea de jos a geamului, unde se acumulează mai multă apă din cauza gravitației. Dimensiunile cristalelor dendritice depind de materialul disponibil pentru formarea lor. În partea inferioară a ferestrei, unde pelicula de apă este mai groasă, dendritele sunt de obicei mai mari. Pe măsură ce vă deplasați în partea superioară a ferestrei, dimensiunea dendritelor scade; în cazul conținutului uniform de umiditate al sticlei, dimensiunile dendritelor sunt aproximativ aceleași. Răcirea ulterioară contribuie la scindarea subindivizilor cu trecerea dendritelor cristaline la cele sferocristaline, sau depunerea între dendrite, iar apoi pe dendritele straturilor subțiri de gheață pufoasă. Suprarăcirea rapidă și semnificativă are ca rezultat o cristalizare dendritică la scară mică. Cu o lipsă de umiditate pe sticlă, natura continuă a cristalizării este perturbată și dendritele cresc în insule.
Literatură:
unu). Grigoriev D.P. Despre diferența dintre termenii mineralogici: schelet, dendrit și poikilit. - Izv. universități, geol. și dezvoltare, 1965, nr. 8
2). Shafranovsky I. I. Cristale de minerale. Forme curbe, scheletice și dendritice. M., Gosgeoltekhizdat, 1961, p. 332.
3). Grigoriev D.P., Zhabin A.G. Ontogenia mineralelor. Persoanele fizice. M., „Știință”, 1975
4). Gorodetsky A. F., Saratovkin D. D. Forme dendritice ale cristalelor formate în timpul creșterii antischeletice. La sat. „Creșterea cristalelor” (sub conducerea lui A. V. Shubnikov și N. N. Sheftal), 1957, pp. 190 - 198
cinci). Dymkov Yu. M. Parageneza mineralelor din venele purtătoare de uraniu. M. „Nedra”, 1985, p. 62
6). Dymkov Yu. M.
Conform conceptelor de stare lichidă luate în considerare în secțiunea " ", la o ușoară supraîncălzire, în comparație cu temperatura de topire, structura este apropiată de structura cristalelor. În timpul răcirii, la apropierea temperaturii de cristalizare, în metalul lichid au loc procese, ducând la o creștere a duratei de viață depusă a particulelor și la o mai mare stabilitate a cvasicristalelor, din care iau nucleele unei noi faze.
Apariția și distrugerea nucleelor au loc continuu. Criteriul dacă un nucleu stabil se formează sau rămâne într-o stare metastabilă este raportul dintre dimensiunile celui mai mare cvasicristal și nucleul critic. Odată cu creșterea gradului de suprarăcire, raza critică a nucleului scade.
Raza unui atom de fier este de 0,8 x 10 x 8 cm, din care rezultă că chiar și la suprarăcire mare, nucleul critic va fi format din sute și mii de atomi. Suprarăcirea a devenit mai ușor de realizat în microvolume, în care cu siguranță nu vor exista incluziuni solide care ar putea fi centre de cristalizare. M. P. Braun și Yu. Ya. Skok pe mostre de fier cântărind 10 g, topite în creuzete de cuarț, au ajuns la suprarăcire cu 290 ° C sub temperatura de cristalizare, iar A. A. Duhin în picături cu un diametru de 50-100 microni a obținut suprarăcirea cu 500 -550 °C.
În lingourile reale, o suprarăcire atât de profundă nu este realizabilă. Trebuie avut în vedere că suprarăcirea, pe de o parte, crește viteza și probabilitatea formării unui nucleu și, pe de altă parte, reduce mobilitatea particulelor dintr-un lichid și încetinește formarea unui cristal. În prezența impurităților insolubile în metal, cum ar fi, de exemplu, incluziuni nemetalice, centrele de cristalizare apar în primul rând pe aceste impurități. În acest caz, corespondența structurală dintre impuritate și metalul care se cristalizează joacă un rol important. Pe metalele fuzibile, de exemplu, fenomenul de dezactivare a impurităților insolubile, structural neomogen cu metalul, a fost descoperit în timpul unei supraîncălziri preliminare mari.
Impuritățile solubile în metal sunt capabile să modifice valoarea energiei interfațale. Acțiunea de modificare a aditivilor din oțel se bazează pe o scădere a energiei interfațale și, în consecință, o scădere a gradului necesar de suprarăcire și o scădere simultană a razei critice a nucleului (în cele din urmă o scădere a mărimii granulelor în metal). Potrivit lui V. E. Neimark, la o concentrație optimă, elemente precum Al, Ti, V, B și Ca acționează în carbon și ca modificatori care rafinează structura cristalină. În același timp, aditivi precum Zr, Nb și Mg au un efect redus asupra structurii lingoului de oțel.
Unii dintre aditivii modificatori de mai sus sunt simultan dezoxidanți puternici, iar introducerea lor în oțel este însoțită de formarea unei faze dispersate de oxid, care în sine intensifică cristalizarea.
Creșterea cristalelor și formarea unei structuri dendritice. În timpul cristalizării substanțelor pure, când gradul de suprarăcire al topiturii și compoziția acesteia rămân constante, iar condițiile de echilibru rămân la limita de cristalizare, cristalul trebuie să crească într-o formă limitată ideal inerentă acestei substanțe, iar periodicitatea cristalului. rețeaua trebuie păstrată în fiecare punct al cristalului. În aliajele reale însă, cristalizarea este însoțită de apariția unor imperfecțiuni structurale și, ceea ce este caracteristic mai ales aliajelor pe bază de fier, de formarea dendritelor. Dendritele sunt o rețea spațială continuă, în care ramuri de ordinul întâi se ramifică dintr-o tulpină groasă, din ele - a doua, apoi a treia, etc. Toate ramurile au o orientare cristalografică aproape regulată.
| Fig.1 |
Dendritele vin într-o varietate de dimensiuni. Cu cât cresc mai puțin constrânși, cu atât dimensiunea lor este mai mare. Masa celebrului cristal Cernov, găsit în învelișul de contracție a unui lingou de 100 de tone, este de 3,45 kg, iar înălțimea este de 39 cm.
Formarea unei structuri dendritice din oțel turnat a fost descoperită pentru prima dată de D.K. Chernov și a considerat această dovadă a structurii sale cristaline. Studiul structurii cristaline a fontei cenușii i-a dat lui D.K. Chernov motive să creadă că impuritățile sunt cauza creșterii cristalelor dendritice. Această presupunere a fost dezvoltată în continuare în lucrările oamenilor de știință sovietici. În schema propusă de D. D. Saratovkin, rolul impurităților în formarea dendritelor se reduce la blocarea feței de cristal și oprirea creșterii acesteia, provocând ejectarea axelor de o nouă ordine.
 |
| Fig.2 |
Când fețele CB și AB se deplasează cu viteze vc și vx după un interval de timp T către pozițiile CrO și ArO (Fig. 2 a), gradientul de concentrație a impurităților în fața fețelor AB și CB crește, în timp ce în partea de sus a cristal de-a lungul liniei BO, gradientul de concentrație a impurităților este mai mic și are o valoare minimă în direcția de creștere a marginii O. Când regiunile ArBr și CrB2 sunt blocate de un strat de impurități monomoleculare, creșterea feței se oprește, cristalul
Dincolo de k. 824, 289 crește sub forma unui ac în direcția VO (Fig. 2b). Pe margine se formează proeminențe și dinți, unii dintre ei încep să crească ca ac principal (Fig. 2, c).
La viteze mari de răcire, când sunt excluse condițiile de acumulare a impurităților la fețele cristalelor în creștere, structura dendritică a cristalelor metalice este înlocuită cu una celulară, caracterizată prin absența axelor de ordinul doi, iar cristalele au forma de trunchiuri paralele adiacente între ele (fig. 3).
O structură celulară, de exemplu, este observată când plăcile de oțel siliconic (1,5-2,0% Si) cu o grosime de 1 până la 0,1 mm sunt răcite cu o viteză de 104-106°C/s. Diametrul mediu al celulei în acest caz este cu atât mai mic, cu atât viteza este mai mare, iar în plăcile cu cea mai rapidă întărire este de 2–2,5 µm.
În condițiile cristalizării lingourilor, practic nu se formează o structură celulară, iar o structură dendritică este caracteristică unui lingou de oțel real.
CZU 669. 13.62
L.V. Palatkin
CARACTERISTICI FORMAREA STRUCTURII DIN FONTĂ CRI
Universitatea Tehnică de Stat din Volgograd
Se efectuează analiza structurii primare a fontei și se ia în considerare o posibilă variantă a transformării acesteia, care afectează creșterea rezistenței în turnările din fontă.
Cuvinte cheie: fontă cenușie, întărire compozită, dendrită, eutectică, activitate carbon (ac), rezistență.
Introducere
Un număr mare de studii pe o perioadă lungă de producție a diverselor produse arată că fonta cenușie cu grafit lamelar, rămânând unul dintre cele mai ieftine și mai accesibile materiale, asigură fiabilitatea și durabilitatea diferitelor mașini și mecanisme. Cu toate acestea, fonta nu își folosește în mare măsură potențialul și rezervele, care sunt atât de necesare pentru a îmbunătăți caracteristicile de calitate ale produselor fabricate din ea și pentru a extinde domeniul de aplicare al acesteia.
Succesul insuficient al producției în fabricarea pieselor de înaltă calitate pentru mașini și mecanisme este în mare parte o consecință a imperfecțiunii abordării proceselor de formare a structurii fontei cenușii. În același timp, aplicarea unei abordări compoziționale fundamental noi la structura unuia dintre cele mai vechi aliaje turnate este cea mai promițătoare dintre direcțiile existente. Abordarea compozițională se bazează pe faptul că, în prima aproximare, structura primară a fontei cenușii este similară cu structura materialelor compozite fibroase (FCM) armate cu fibre de dischetă. Caracteristicile morfologice ale structurii de cristalizare a fontei cenușii sunt de așa natură încât în timpul formării ei în prima etapă de cristalizare, formând un cadru spațial, se evidențiază formațiuni foarte perfecte: monocristale dendritice ramificate, integral metalice, de austenită primară, păstrându-și individual. forma în timpul transformărilor ulterioare în fază solidă. După ce lichidul interdenrit ajunge la compoziția eutectică, eutecticul cristalizează sub formă de celule, formând astfel o matrice continuă. Fiecare celulă are o limită metalică externă, constând din liquate cu punct de topire scăzut, iar volumele interne ale austenitei eutectice aflate în ea sunt slăbite, în funcție de gradul de ramificare a monocristalului de grafit.
Condițiile preliminare pentru abordarea compozițională au fost stabilite în lucrările oamenilor de știință străini și autohtoni N. G. Girshovich, G. A. Kosnikov, I. A. Ioffe, V. Patterson și G. N. Troitsky; dezvoltat în studiile lui V. A. Ilyinsky, L. V. Kostyleva, A. A. Jukov și a găsit recunoaștere în lucrările lui B. N. Arzamasov și R. Elliot. În acest sens, studiul structurii fontei cenușie și căutarea pe această bază a unor noi soluții tehnice pentru îmbunătățirea calității turnărilor din fontă este o sarcină urgentă, care are semnificație atât științifică, cât și aplicativă.
Scopul acestei lucrări a fost de a studia caracteristicile formării structurii primare a fontei și de a analiza posibilitatea modificării acesteia pentru a crește rezistența pieselor turnate din fontă.
Metodologia de cercetare
Subiectul studiului a fost fonta gri pentru constructii de mașini cu grafit lamelar de clase SCH 15 - SCH 30, conform GOST 1412-85 (ST SEV 4560-84). Gradul de eutecticitate al compozițiilor de fontă studiate a variat de la 0,82 la 1,0. Metal-
© Palatkina L.V., 2012.
analiza grafică a structurii primare a fontelor cenușii a fost efectuată pe secțiuni realizate din materialul probelor discontinue standard (0 30 mm).
Dendritele austenitei primare din fonta cenușie, atunci când au fost studiate prin metalografie optică, au fost evidențiate prin gravare repetată într-un amestec de acizi boric și sulfuric: acid boric în cantitate de 10 - 30) g.; acid sulfuric - într-un volum de 100 ml. Gravarea a fost de scurtă durată 6 - 10 s, după care secțiunea a fost spălată cu apă curentă și ușor relustruită.
Structura cristalizării eutectice pentru determinarea dispersității celulelor eutectice a fost evidențiată prin gravarea probelor cu un reactiv format din 3 g CuSO4, 4 g picric.
acid nou, 20 ml acid clorhidric concentrat și 100 ml alcool etilic. Celulele eutectice au fost identificate cel mai clar după gravare și relustruire de două sau trei ori.
Studiile metalografice cantitative pentru a determina fracția de volum a cristalelor dendritice de austenită primară (/dc) au fost efectuate folosind metoda secantei pe un microscop Neophot-21 la măriri de la 10 la 100. Lungimea dendritelor a fost estimată de la cea mai mare din această secțiune. . Mai departe de expresie
unde X este parametrul dendritic - distanța dintre centrele axelor de ordinul doi, s-a găsit diametrul cristalelor dendritice.
Studiul morfologiei dendritelor a fost realizat pe secțiuni subțiri la o mărire de la 3 la 100 de ori folosind o lupă binoculară optică MBS-7 și microscoape optice Neophot-21 și Olimpus BX61. Ținând cont de rolul de întărire al dendritelor primare austenite, s-a acordat o atenție deosebită amplasării acestora în raport cu sarcinile de rupere și celulele eutectice întărite de acestea.
Pentru a evalua finețea celulelor eutectice delimitate de o rețea de eutectice fosfurice, diametrul mediu a fost măsurat prin metoda liniară, numărând numărul de boabe la 1 cm dintr-o secante arbitrară cel puțin în cinci locuri ale secțiunii cu o mărire de trei. de cinci ori.
La identificarea naturii cristalelor dendritice anormale, a fost efectuată o analiză calitativă a microsegregării siliciului prin culoarea filmului de SiO2 format pe suprafața secțiunilor subțiri în timpul gravării acestora într-o soluție apoasă clocotită de picrat de sodiu. Pe măsură ce conținutul de Si din componentele structurale ale fontei a scăzut, culoarea filmului s-a schimbat în următoarea ordine: galben-verde, albastru, violet, galben pai. Variante ale profilurilor aproximative ale curbelor de segregare au fost construite din modificarea intensității colorării zonelor de microsegregare individuale, care reflectă reprezentări grafice medii ale distribuției Si pe secțiunea transversală a ramurilor dendritice și între ramuri. Au fost evaluate natura microsegregării siliciului, uniformitatea culorii în cadrul fiecărei zone microstructurale, lungimea zonelor de tranziție a schimbării culorii, prezența unei schimbări abrupte de culoare etc.
Eterogenitatea cadrului dendritic de armare al fontei a fost studiată prin microanaliză cu raze X în ceea ce privește conținutul de Si, Mn și S în timpul mișcării continue a sondei și printr-un set lung (60 s) de impulsuri în punctele caracteristice individuale. a traiectoriei care traversează ramurile dendritice. Studiile neomogenității microchimice a distribuției elementelor pe secțiunea transversală a ramurilor dendritice de armare din fontă cenușie au fost efectuate pe un microanalizator cu raze X Super Prob-733.
Studiile durametrice ale modificărilor proprietăților ramurilor dendritice au fost efectuate înainte și după expunerea termică.
Un microscop electronic cu scanare SEM-250 a fost folosit pentru a analiza distrugerea fontei cenușii din punctul de vedere al analogiei sale cu un compozit fibros.
Condițiile termocinetice de cristalizare, ca posibil motiv pentru formarea dendritelor anormale, au fost evaluate metalografic prin compararea dispersității structurii primare în probe de fontă de structură normală și anormală. Acesta a determinat:
Fracția de volum a dendritelor (/Dc);
Distanțele dintre ramuri de ordinul doi (X), microni;
Grosimea ramurilor dendritice, inclusiv micronii de margine.;
Dispersia celulelor eutectice (0), microni;
Morfologia fazei de grafit.
Toate măsurătorile de mai sus au fost efectuate folosind metode cunoscute de metalografie cantitativă, a căror fiabilitate a fost asigurată de o bază suficientă de măsurători (> 30) și prelucrarea statistică a rezultatelor cercetării.
Pentru măsurarea grosimii dendritelor s-au folosit doar secțiunile transversale ale ramurilor dendritice, care se află în câmpul vizual sub formă de cercuri sau elipse. Grosimile dendritelor sunt parametrii cel mai puțin convenabil pentru măsurare și, pentru a obține o acuratețe acceptabilă, necesită o bază semnificativ mai mare, care în aceste studii a fost mărită la 100 - 150 de măsurători. Se credea că diferența de grosime a dendritelor din fontele anormale și obișnuite ar putea deveni un parametru informativ pentru analiza caracteristicilor de cristalizare ale zonelor microstructurale exterioare și interioare în ramurile anormale.
Din punct de vedere al suprarăcirii, s-a planificat, de asemenea, realizarea identificării grafitului din fontele cu structuri anormale pentru a exclude sau confirma posibilitatea formării acestuia din cauza descompunerii carburilor. Pentru aceste studii s-a planificat utilizarea microscopiei cu raze X de transmisie a foliilor subtiri de fonta pe un microscop cu raze X MIR - 2 cu un tub cu focalizare ascutita (anod de wolfram).La scanarea foliilor s-a folosit radiatia cu spectru continuu. , având o intensitate maximă la o lungime de undă de 0,2 nm (2 A). Pregătirea probei a implicat tăierea plăcilor de fontă cu o grosime de 1–0,5 mm și subțierea lor ulterioară la o folie cu o grosime de > 0,08 mm prin șlefuire manuală pe hârtie cu granulație fină. Grosimea foliei a fost aleasă în conformitate cu parametrii elementelor structurale studiate.
Informativitatea imaginilor volumetrice ale incluziunilor de grafit a fost determinată de forma acestora. Astfel, mici incluziuni izolate, cel puțin asemănătoare cu grafitul recoapt, ar putea mărturisi în favoarea descompunerii carburilor, în timp ce rozetele cu petale subțiri care cresc dintr-un centru ar fi caracteristice separării lor de faza lichidă.
Astfel, o analiză comparativă a parametrilor structurii primare a fontelor cu structură anormală și regulată a dendritelor a făcut posibilă obținerea de informații fiabile cu privire la rolul termocineticii cristalizării în formarea unei anomalii.
Varietatea formelor de efecte termodinamice asupra structurii fontei a necesitat o analiză preliminară în cadrul unei ipoteze de lucru specifice, care limitează sfera posibilelor opțiuni de cercetare. În acest sens, ca testare a ipotezei de lucru care explică efectul termodinamicii cristalizării asupra apariției unei limite de unghi înalt în dendrite, am analizat doar posibilitatea blocării creșterii dendritice, de exemplu, prin impurități tensioactive.
Pentru a determina conținutul de impurități, s-a planificat utilizarea unui quantometru fotoelectric ARL 3400. În studiile comparative ale probelor de fontă standard și anormale, s-a sperat să se găsească diferențe în conținutul de impurități cu adsorbție Gibbs pozitivă. Prezența unor astfel de impurități ar putea schimba radical cristalizarea dendritică standard.
Rezultatele cercetării
Analiza conformității structurii primare a fontei cenușii cu principiile de bază ale compozitelor de întărire cu fibre discrete neorientate a arătat că primul principiu al întăririi compozite a VCM, care constă în faptul că fracțiunea de volum a fibrelor de armare în compozitul ar trebui să fie în intervalul de la 20 la 80%, este îndeplinit în fontă.
Se arată că fracția de volum a cristalelor dendritice de armare (/Dc) în fontele industriale variază semnificativ: de la 15 la 65% (Fig. 1).
/dk< 15 /дк Ä 25 /дк Ä 35 /дк « 45 /дк > 55
Orez. 1. Structura dendritică a fontei cu un grad de eutecticitate de 0,82< Sc <1,0, приведенная толщина стенки отливки 15 мм, х 70
De remarcat, de asemenea, că fracția de volum a dendritelor (/Dk), care joacă rolul de fibre de armare în fontă, tehnologiile moderne de turnătorie fac posibilă reglarea în fonte industriale pe întreaga gamă.
În urma cercetărilor s-a constatat că, în egală măsură, odată cu creșterea numărului de dendrite în volumul metalului, rezistența compozițiilor de fontă crește, dar numai până la o anumită limită (~ 45% ), în care are loc o schimbare calitativă a dependenței, iar o creștere a numărului de dendrite de armare nu se reflectă în creșterea rezistenței fontei (Fig. 2).
„Vi* ♦. to ♦ ♦♦G” 1 ♦♦ ♦ f< * * ■
9f*t ♦ X* ♦ ♦ « « ♦< » 1
Orez. 2. Dependența rezistenței (e) la tracțiune a fontei cenușii de fracția de volum a dendritelor (/DK)
Pentru a elucida motivele care au condus la aceasta, am studiat distribuția dendritelor în raport cu sarcina aplicată în secțiunile transversale și longitudinale ale probelor discontinue de fontă, care au valori de rezistență semnificativ diferite la aceeași fracțiune de volum.
În timpul analizei, s-a constatat că fonta în stadiul de creștere dendritică se solidifică în conformitate cu teoria clasică a formării structurii. Lăsând deoparte întrebarea despre
formarea unei zone de cristale înghețate, se poate susține că se formează două zone. Prima zonă de cristalizare columnară, observată de pe suprafața exterioară a probei și formată din dendrite cu axe paralele de ordinul întâi, și a doua zonă de cristale echiaxiale cu dendrite orientate aleatoriu în secțiunile sale centrale, a căror lungime a variat de la 0,1. - 0,5 până la 1,5 mm.
Astfel, distribuția dendritelor în raport cu sarcina aplicată este diferită și poate fi stocastică, transcristalină și mixtă (Fig. 3).
„STOCASTIC” „MIX, ZONAL” „TRANSCRISTALIZARE”
E LONGITUDINALE ŞI w w w
TRANSVERSĂ B E C E S în
SCHEMA da, ♦
Orez. 3. Distribuția cristalelor dendritice în volumul probelor discontinue standard, x 15
Structura transcristalină a cristalelor dendritice, care au o axă dezvoltată de ordinul întâi și o lungime scurtă a axelor de ordinul doi, se observă numai la fracția lor de volum mare și, de regulă, direcția axelor ordinul întâi este perpendicular pe solicitarea aplicată, ceea ce determină o scădere a rezistenței fontei la propagarea fisurii principale, a cărei traiectorie se îndoaie ușor în jurul ramurilor cadrului dendritic fără a le traversa. Acest lucru duce la faptul că o creștere a fracției de volum a ramurilor dendritice nu crește rezistența compoziției în ansamblu.
În absența unei zone de cristalizare columnară, s-a observat o distribuție complet stocastică a dendritelor de armare în aproximativ 45% din cazuri, respectiv, 35% au reprezentat o structură mixtă. În restul volumului probelor studiate s-a constatat fenomenul de transcristalizare (deși neavând front continuu, ci ocupând doar o parte din volumul din probă).
Studiile au arătat că în fonturile industriale, lungimea cristalelor dendritice este de multe ori mai mare decât diametrul lor 1dk = (3 ^ 16) ± 0,94 mm, dk = (20 ^ 28) ± 0,85 μm, prin urmare, raportul dintre lungime de dendrite la diametru (/dk / dk) depășește valoarea minimă necesară pentru materialele compozite fibroase, care ar trebui să fie mai mare de 10.
În același timp, la o fracție de volum mare de dendrite, se observă structura pachetului acestora (Fig. 4). În acest caz, cristalele dendritice ocupă un volum destul de mare, deoarece cresc în toate direcțiile în timpul solidificării.
În ceea ce privește sarcina aplicată, cristalele dendritice au o structură de pachet și o orientare stocastică, iar fisura principală în timpul propagării fie provoacă distrugerea lor, fie își schimbă direcția, îndoindu-se în jurul lor, ceea ce mărește fără îndoială rezistența materialului la distrugere. Fontele cu astfel de structuri sunt situate, de regulă, în secțiunea superioară a dependenței (Fig. 2), oferind o rezistență de ~ 300 MPa.
Orez. 4. Structura pachetului de cristale dendritice din fontă, x 7
Se arată că în fontele cenușii cu numere diferite de dendrite, gradul de influență a dimensiunii celulelor eutectice asupra rezistenței nu este același. O creștere a rezistenței sub acțiunea unei creșteri a dispersiei celulelor matricei se observă la fontele cu o fracțiune de volum de dendrite nu mai mult de 25%, precum și la fontele cu un conținut ridicat de dendrite (> 45% ), adică atunci când efectul de întărire al dendritelor este slăbit sau insuficient (Fig. 5) .
Orez. 5. Dependența rezistenței (e) fontei de diametrul celulelor matricei eutectice (-ORC)
Următorul principiu de întărire a compozitului a VKM necesită ca rezistența fibrelor din compozit să fie mai mare decât rezistența matricei (s FIBER >> s MATRIX).
În fonta cenușie, în timpul cristalizării, dendritele austenitei primare sunt îmbogățite cu elemente de grafitizare, care măresc activitatea carbonului (ac), în timp ce elementele de stabilizare a carburilor (care reduc ac) îmbogățesc componenta eutectică. Astfel de caracteristici ale microsegregării componentelor provoacă o scădere a activității carbonului Das între zonele de microsegregare „dendrită – eutectică”. Fonta tinde să egalizeze activitatea carbonului, dar datorită difuziei reduse a mobilului
W v j ¿¿g tri /DK = 35,4 5
\ 1 fei J ■ v "iN" ■■ ■ > ■15 G. "N / DK \u003d 15.25 i-
/dk = 5- 5...6 /dk = 45,5- w ■ ■ w ■ ■ l ■
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Cu aceste componente, alinierea ac este efectuată numai datorită transferului de masă al carbonului însuși de la dendrite la eutectic. Polarizarea de segregare rezultată a elementelor are o rezistență crescută și se păstrează la răcire atât la intervalul transformării eutectoide cât și la temperatura camerei și se păstrează și se agravează și în timpul ulterioare încălzirii tehnologice sau operaționale subcritice repetate a pieselor turnate din fontă.
Această caracteristică a distribuției de microsegregare a elementelor reduce nu numai capacitatea de întărire a cadrului dendritic, ci și rezistența fontei în ansamblu. Deoarece transformarea eutectoidă se formează în dendrite în loc de perlita asemănătoare sorbitului cu o rezistență de 800 MPa, perlita mai puțin dispersată și, prin urmare, mai puțin durabilă, sau ferită liberă cu o rezistență mai mică de 400 MPa. În lucrare s-a constatat că efectul de înmuiere al feritei localizate în dendritele primare este de 15-20 de ori mai puternic decât cel al feritei situate în matricea eutectică.
Implementarea condiției/condițiilor
A) posibil, de exemplu, prin utilizare
fontă cu conținut scăzut de mangan cu un conținut redus echilibrat de Si, care reduce tendința de feritizare și înmuiere a ramurilor dendritice. Cu toate acestea, studiile metalografice ale fontelor cenușii industriale au relevat ramuri dendritice cu sorbitol în miez (NU 269 - 316), care este înconjurat de o înveliș feritic (NU 128 - 98) sau perlitic (NU 239) (Fig. 6 a, b). ).
Orez. Fig. 6. Structura cristalelor dendritice cu perlita sorbitică (a), x 100, și fragmente de ramuri (b) în cochilii de ferită (sus) și perlită (jos), x 500. Redistribuirea carbonului în secțiunea transversală a dendritelor anormale sub expunere termică, x 500:
c - structura turnata; d - decarburarea jantei. (Gravare cu 4% HNO3)
Stabilitatea termică a sorbitolului în zonele centrale ale dendritelor cu structură anormală s-a dovedit a fi mult mai mare decât cea a perlitului în dendritele obișnuite. Și chiar și cu ferițirea completă a cochiliilor de perlită lamelară grosieră (Fig. 6, c, d), însoțită de o scădere bruscă a valorilor microdurității în aceste zone și, în consecință, rezistența lor, rezistența interiorului zonele datorate structurii stabile asemănătoare sorbitului au rămas aproape neschimbate.
Structuri dendritice anormale au fost găsite și în fierul de cupolă (1 topitură la 148 investigați) și fierul de cuptor electric (3 topituri la 106 investigați), sau 0,67% și, respectiv, 2,83%.
În fontă, este de asemenea necesar să se îndeplinească încă un principiu de întărire a compozitului: condițiile pentru implementarea unei legături puternice între fibrele de armare și matrice.
Studiile efectuate cu ajutorul microscopiei electronice cu scanare au arătat că dendritele de armare, fiind cele mai puternice elemente structurale, nu percep pe deplin solicitările distructive și, parcă, se „desprind” dintr-o matrice eutectică cu rezistență scăzută (Fig. 7). Pe suprafața fracturii este expus un cadru dendritic esențial nedistrus, se observă ramuri dendritice proeminente și cavități distanțate în mod regulat, din care ramurile dendritice s-au „tras”, adică, în fontă, se manifestă caracteristici de fractură caracteristice compozitelor fibroase.
Orez. 7. Suprafața de rupere a fontei:
a - structura dendritică de armare pe suprafața fracturii, microscopie cu lumină, x10; b - dendrite de armare proeminente, x 50; c - cavități din dendrite „extrase”, microscopie electronică cu scanare - SEM 250, x 100
Îndeplinirea cerinței - întărirea legăturii dintre dendrite și matricea eutectică - se poate realiza și prin formarea unei structuri dendritice anormale în fontă sub formă de ramuri dendritice asemănătoare sorbitului înconjurate de o înveliș de ferită sau perlită „tampon” continuu.
De o importanță fundamentală este faptul că toate semifabricatele din fontă cu o structură dendritică anormală s-au dovedit a avea exact același eutectic ferită-grafit cu o formă degenerată de grafit interdendritic (Fig. 6).
Morfologia grafitului din matricea de ferită, care este extrem de nedorită din punct de vedere al efectului asupra rezistenței fontei, nu s-a manifestat totuși negativ în compozițiile analizate. Mai mult, valori de rezistență relativ ridicate în intervalul 245-290 MPa la o duritate relativ scăzută de HB 184-217 MPa au furnizat acestor fontă indicatori de bună calitate K = st / HB.
Studiul formei adevărate a grafitului prin metoda microradiografiei de transmisie a foliilor subțiri de fier a arătat structura sa monocristalină în volumul fiecărei celule eutectice și „necreșterea” prin graniță în celulele învecinate (Fig. 8).
Orez. 8. Natura grafitului din fontă cu o structură secundară anormală de dendrite, x 100:
a - microscopie optică; b - microscopia cu transmisie Deși acest lucru nu poate fi detectat la studierea microscopia optică, care determină doar dimensiunea acestora, care era destul de mare în fontele anormale.
S-a constatat că dispersitatea structurilor dendritice anormale este destul de scăzută, deoarece distanța dintre ramurile de ordinul doi ale X dendrite anomale este de 34 μm, iar cea a fontei cu cristalizare regulată este de 25, 8 ori.
Studiile efectuate au permis să se stabilească că condițiile termocinetice de cristalizare nu sunt factorul determinant ca posibil motiv pentru formarea dendritelor anormale.
Învelișurile uniforme de ferită (Fig. 9, a) ale dendritelor anormale la gravarea culorii (Fig. 9, c) capătă o culoare neomogenă, ceea ce caracterizează faptul că partea interioară a învelișului dendritei anormale conține mai puțin siliciu decât centrul dendritei. , iar cel exterior o depaseste.
Orez. 9. Eterogenitatea de microsegregare a ramurilor dendritice anormale din fontă,
teaca de ferita:
a - gravat cu nital, x 100; b - gravare în picrat de sodiu la fierbere x 100; c - marginea internă a dendritei anormale x 2500
Limita internă cu unghi înalt (Fig. 9c) care separă învelișurile exterioare de centru într-un cristal dendritic este suficient de groasă, deși apare doar în unele ramuri cu învelișuri atât de ferită, cât și de perlită. De asemenea, în timpul analizei au fost identificate ramuri fără limite interne de unghi înalt. S-a stabilit că, în acest caz, o margine exterioară subțire de ferită rămâne întotdeauna distinctă vizual, care este colorată în același mod ca și austenita eutectică, dar nu formează o limită vizibilă în interiorul dendritei. Se îmbină cu fundalul în timpul gravării convenționale și este absent în dendritele standard de cristalizare.
Variantele profilurilor aproximative ale curbelor de segregare construite pe baza evaluărilor vizuale ale schimbării culorii și intensității colorării au arătat natura calitativă a segregării Si de-a lungul secțiunii transversale a ramurilor în dendritele anormale (Fig. 10). Modificarea bruscă a concentrației de Si indică o structură multistrat de ramuri anormale, care include elemente solidificate succesiv din trei zone de microsegregare: dendrite de austenită primară, exces de austenită a învelișului interior și austenită precipitată a învelișului exterior.
Până la sfârșitul creșterii dendritice, lichidul interdendritic rămas din fontă încă nu atinge concentrația eutectică, iar excesul de austenită este eliberat din acesta, depunându-se pe dendritele primare. Și deși până la începutul transformării eutectice, stratificarea excesului de austenită din lichidul interdendritic completează formarea
Rezultatele obţinute au fost confirmate în continuare de datele de microanaliză cu raze X. Scanările distribuției de siliciu, mangan și sulf sunt prezentate în fig. 10.
Orez. 10. Caracterul calitativ al segregării elementelor pe secțiunea transversală a ramurilor
în dendrite anormale:
a - schema calitativă a modificării segregării Si de-a lungul razei unui cristal dendritic anormal cu modificarea succesivă a mecanismelor de creștere a fazei solide: 1 - austenită primară (creștere continuă); 2 - exces de austenită (creștere strat cu strat); 3" - austenită precipitată; 3 - amestec eutectic; b - modificarea intensității radiației caracteristice a elementelor (Mn, Si și S) în dendritele unei structuri anormale. În dreapta este un fragment mărit al scan-gramului de secțiunea urmelor cu mediarea curbei de segregare a siliciului
Astfel, conform profilului curbelor de segregare, s-au putut identifica diferite mecanisme de creștere a fazei solide, înlocuindu-se între ele în condiții de solidificare efectivă a fontelor comerciale.
Au fost efectuate studii ulterioare în cadrul ipotezei ipotezei despre natura termodinamică a anomaliilor detectate în structura dendritică. S-a presupus că cea mai probabilă apariție în fontă a structurii anormale a cristalelor dendritice este asociată cu blocarea creșterii dendritice de către impuritățile de suprafață.
O analiză a compoziției chimice a fiecăreia dintre fontele cu o astfel de structură (Fig. 6) a relevat prezența impurităților cu adsorbție Gibbs pozitivă, a căror cantitate totală ar putea cauza blocarea prematură a creșterii dendritice (Tabelul 1).
tabelul 1
Ca 8p Pb 2p B1 8e C
0,006 - 0,008 0,006 -0,009 0,001 0,001 -0,004 0,005 - 0,008 0,001 0,001 -0,005 0,001
Datele obținute (Tabelul 1) au făcut posibilă selectarea compoziției aditivului complex introdus în topitura de fontă și obținerea dendritelor cu o structură anormală (Fig. 6). În același timp, rezistența fontelor obținute a fost în limitele claselor SCH 30 - SCH 35 și a fontelor obișnuite de clasele SCH 20 - SCH 25.
Pe baza studiilor efectuate, a fost stabilită semnificația parametrilor structurii primare a fontei cenușii, care sunt responsabile pentru creșterea rezistenței în turnările din fier. Se arată că fracția de volum a dendritelor din fontele industriale variază de la 15 la 65%. În același timp, celelalte lucruri fiind egale, cu creșterea numărului de cristale dendritice în grosul materialului, rezistența fontei crește, dar numai până la o anumită limită (~ 45%), care este determinată de distribuția dendritelor în cea mai mare parte a materialului în raport cu sarcina aplicată și structura lor. O creștere suplimentară a numărului de dendrite din material nu afectează modificarea valorii rezistenței în direcția scăderii sau creșterii valorii acesteia.
Se arată că în compozițiile industriale de fontă cu numere diferite de dendrite, gradul de influență a dimensiunii celulelor matricei eutectice asupra rezistenței nu este același. O creștere a rezistenței datorită creșterii dispersiei celulelor eutectice se observă la fontele cu o fracțiune de volum de dendrite nu mai mult de 25%, precum și la fontele cu un conținut ridicat de dendrite (> 45%), adică când efectul de întărire al dendritelor este slăbit sau insuficient.
Studiile efectuate au dezvăluit modalități necunoscute anterior de transformare a structurii dendritice a fontei, bazate pe relația dintre compoziția acesteia și modelele de formare a structurii, ceea ce a făcut posibilă dezvoltarea pe această bază a unei noi metode de control al proprietăților de rezistență a turnării. piese turnate de fier.
Lista bibliografică
1. Girshovich, N. G., Ioffe, A. Ya. și Kosnikov, G. A. Structura primară ca criteriu de evaluare a proprietăților mecanice ale fontei cenușii // Formare progresivă, știința metalelor și tratament termic. Leningrad. casa științei și tehnologiei propagandă. 1968. - 30 p.
2. Patterson, V. Microstructura fontei și proprietățile sale // 29th International Congress of Turner Workers. - M.: Mashinostroenie, 1967. S. 55-63.
3. Troitsky, G. N. Proprietățile fontei / G. N. Troitsky; ed. M. G. Oknova. - Leningrad-Moscova: Editura științifică și tehnică de stat de literatură despre metalurgia feroasă și neferoasă, 1941. - 290 p.
4. Il'inskii, V. A., Kostyleva, L. V. Despre natura compozită a structurii de cristalizare a fontelor cu eutecticitate diferită, Izv. Academia de Științe a URSS. Metalele.
1986. Nr 5.C. 116-118.
5. Litvinenko, M.N. Perspective pentru formarea structurii și proprietăților unui material compozit în piese turnate de fier / M.N. Litvinenko [și alții] // Turnătorie. 1994. Nr 12. S. 7-9.
6. Ilyinsky, V.A. Dependența rezistenței fontei cenușii de structura sa primară / V.A. Ilyinsky, L.V. Kostyleva // Producția de turnătorie. 1997. Nr 5. S. 25-26.
7. Ilyinsky, V. A. Modele de microsegregare în aliaje fier-carbon și noi posibilități ale tehnologiei de turnătorie / V. A. Ilyinsky, A. A. Zhukov, L. V. Kostyleva // Al 55-lea Congres Internațional al lucrătorilor de turnătorie. - M., 1988. C. 1-11.
8. Materiale structurale: carte de referință / B. N. Arzamasov [et al.]; ed. B. N. Arzamasova. - M.: Mashinostroenie, 1990. - 688 p.
9. Elliott, R. Controlul solidificării eutectice / R. Elliott // Moscova: Metalurgie.
10. Palatkina, L. V., L. V. Kostyleva, V. A. Ilyinsky, „Studiul anomaliilor în structura dendritică a fontei”, Metally. 2010. Nr 03. S. 35-41.
11. Ilyinsky, V. A., Kostyleva, L. V., Palatkina, L. V. Investigarea heterogenității de microsegregare a ramurilor dendritice din fontă cenușie, Metallurgiya mashinostroeniya. 2009. Nr 06. C. 9-15.
Data depunerii la redacție 13.04.2012
CARACTERISTICI STRUCTURIZĂRII ÎN FONTĂ GRĂ
Universitatea Tehnică de Stat din Volgograd
Se face analiza structurii primare a fontei și se ia în considerare varianta posibilă a transformării acesteia care influențează creșterea durabilității în piese turnate de fontă.
Cuvinte cheie: fontă cenușie, întărire compozită, dendrite, eutectic, activitate carbonului (ac), durabilitate.
În prima parte a articolului sunt luate în considerare cauzele și metodele de eliminare a defectelor acoperirilor cu crom dur, iar în a doua, metodele de prevenire a defectelor, detectarea și eliminarea acestora.
Pe suprafața cromată, defecte sunt adesea vizibile. Identificarea corectă a cauzelor acestor defecte este o sarcină cu care se confruntă electroplaterii și consumatorii produselor lor. Unde și cum apar aceste defecte, fie din cauza utilizării unui electrolit nepotrivit, fie din cauza manevrării defectuoase a echipamentului, fie defectele metalului în sine, sau din alte surse - toate aceste probleme sunt discutate în acest articol.
Trebuie înțeles că cele mai multe dintre defectele acoperirilor cu crom dur, cum ar fi depresiuni, grile, dendrite, își au originea în primul rând în metalul de bază sau pe suprafața pregătitoare a preplacării, faza de lucru și, într-o măsură mai mică, aceste defecte. apar din cauza utilizării electrolitului nestandard. Dacă semifabricatele sunt obținute cu defecte larg răspândite, dar cel puțin unul dintre ele este obținut cu o acoperire satisfăcătoare, atunci este puțin probabil ca electrolitul folosit să fie defect. De regulă, cauza sau sursa defectelor ar trebui căutată în altă parte.
Cu toate acestea, căsătoria are loc încă din cauza utilizării unui electrolit nepotrivit. Aici vom începe.
Defecte cauzate de utilizarea soluțiilor nestandardizate.
Aceste defecte pot apărea dacă este selectată o compoziție greșită a electrolitului sau dacă în el s-au acumulat particule magnetice sau alte particule. Utilizarea soluțiilor cu un raport ridicat de acid cromic și conținut de catalizator poate duce la formarea de depresiuni mari, ușor colorate, de până la 3 mm (1/8 inch) în diametru, „cruste aderente” sau „semilune”. Aceste defecte sunt caracteristice. de soluţii cu o concentraţie scăzută de catalizator.
Soluțiile corect echilibrate, dar cu un conținut ridicat de incluziuni metalice, conduc la suprafețe de acoperire vizibil neuniforme și nodulare, într-o măsură mai mare decât soluțiile perfect curate. Au fost utilizate cu succes soluții cu o concentrație totală de fier și crom 3-valent 10-15 g/l (1,5-2 oz/gal), dar în acoperiri cu o grosime mai mare de 0,13 mm (5 mils) când concentrația de Fe + este depășit, Cr 3+ la 4 g/l (0,5 oz/g) au fost diferențe foarte vizibile în rugozitatea suprafeței rezultate.
Particulele neadezive și nemagnetice care plutesc în baia de placare și care se depun nu afectează acoperirea suprafețelor verticale. Majoritatea băilor de galvanizare cu crom conțin o anumită cantitate de cromat de plumb insolubil din anozi, precum și sulfat de bariu, datorită adăugării de carbonat de bariu, în electrolitul nepregătit. Unii consideră că este benefic să filtreze electroliții cu crom. Cei care fac acest lucru trebuie să obțină o acoperire de înaltă calitate, cu o grosime a stratului de peste 0,18 mm (5 mils).
Cu toate acestea, utilizarea de auxiliare poate contamina soluția și poate cauza defecte grave la placarea cu crom dur. În categoria mijloacelor auxiliare sunt incluse: bandă galvanică, bile de plastic, plastifiant, lac izolator, perii de sârmă (periere).
Particulele de adeziv din ulei sau din bandă au tendința de a pluti la suprafața soluției și, atunci când piesa de prelucrat este scufundată în baie, se pot lipi de ea. Astfel de particule pot duce la întreruperea procesului de galvanizare și la apariția unor defecte punctiforme (pitting).
Bilele de plastic plutitoare utilizate pentru a controla evaporarea electroliților sunt cunoscute pentru a colecta ceara și alte produse de degradare și formează o peliculă lipicioasă. Când piesa de prelucrat este scufundată în baie și când vine în contact cu bile contaminate, o peliculă lipicioasă se poate transfera de la suprafața bilelor pe suprafața piesei de prelucrat, ceea ce poate duce la defecte de acoperire. În plus, tuburile flexibile din PVC pot elibera lichid de la suprafață, formând o peliculă lipicioasă care provoacă defecte la punctele de contact dintre piesa de prelucrat curată și tuburi. O cauză constantă a refuzurilor este îndepărtarea incompletă a lacului sau a ceară de izolație.
Pentru îndepărtarea acestora nu trebuie folosiți diluanți sau solvenți, deoarece pelicula subțire rămasă după spălare este foarte greu de detectat înainte de procesul de galvanizare. După o oprire nedorită a procesului, stratul este decojit cu un cuțit, piesele de prelucrat sunt curățate cu hârtie abrazivă cu granulație fină și apoi cu piatră ponce sau pulbere de „cretă”.
Diverse particule magnetice (fier), cum ar fi bucăți de perii de sârmă rotative, material separat de piesa de prelucrat în timpul decaparii, deșeuri de pe suprafețele interne neacoperite și particule mici transportate de pe suprafața contactelor rotative și a rulmenților; toate aceste particule sunt atrase de piesa de prelucrat de un câmp magnetic de la un curent electric. Aceste particule se lipesc de suprafața acoperită, ducând la formarea de defecte nodale, în ciuda amestecării soluției.
Măsuri de prevenire a defectelor.
Trebuie să faceți următoarele:
- Îndepărtați depunerile, murdăria de pe suprafața rezervorului și păstrați bordurile libere curate.
- Eliminați sursa de contaminare.
- Umeziți suprafața de lucru a piesei de prelucrat atunci când o scufundați în soluție.
- Curățați temeinic piesa de prelucrat, îndepărtați complet uleiul, murdăria, amestecurile de măcinare.
- Nu lustruiți, nu șlefuiți în zona de galvanizare.
- Păstrați curate raftul, mesele de laborator, recipientele cu soluție, tăvile etc.
- Lăcuiți marginile și marginile benzilor izolatoare, pentru a evita dizolvarea latexului, lipicios în soluție.
- Curățarea și gravarea piesei de prelucrat trebuie efectuate în rezervoare separate (nu în cel în care se efectuează procesul de galvanizare).
- Curățați bine toate suprafețele interioare și etanșați-le bine împotriva pătrunderii electroliților.
- Bucșe rotative sau inele colectoare nichelate sau cositorite.
Defecte cauzate în timpul transportului.
Înainte de procesul de galvanizare, este necesar să transferați piesa de prelucrat la locul de acoperire cu mare grijă pentru a preveni contactul acesteia cu alte suprafețe.
Neatenția are ca rezultat, de exemplu, o serie de depresiuni pe suprafața învelișurilor de tije hidraulice, care erau îngrămădite în grămezi pe cărucioare cu roți metalice. Vibrația de la roțile de rulare pe o bază rigidă a dus la coroziune prin frecare în zonele situate de-a lungul contactelor liniare dintre piesele de prelucrat. Această problemă a fost rezolvată prin montarea de cauciucuri pe roțile căruciorului pentru a reduce nivelul vibrațiilor și folosind distanțiere de hârtie între piesele de prelucrat pentru a preveni contactul dintre acestea.
Imediat dupa finisarea suprafetei piesei de prelucrat, aceste suprafete, lustruite sau nu, trebuie invelite cu hartie Pradt pentru a le proteja de orice efecte nocive. Pentru a oferi o protecție fiabilă în timpul celui mai intens mod de funcționare, mai multe straturi de hârtie sunt probabil suficiente.
De asemenea, contactul suprafeței piesei de prelucrat cu magistrala catodică poate duce la apariția unor defecte de suprafață.
La încărcarea piesei de prelucrat în rezervor în momentul zdrobirii sau contactului său neașteptat cu magistrala catodică, un arc electric alunecă, ceea ce poate duce la micropitting (defecte de micropunct). Contactul suprafeței piesei de prelucrat cu suprafața anozilor duce, de asemenea, la defecte grave. În orice caz, piesa de prelucrat care a fost în contact cu magistrala catodică sau cu anodul trebuie scoasă din rezervor (baie) și refinisată într-un mod adecvat și examinată cu atenție înainte de replacare.
Adesea, defectele se pot forma și în timpul transportului sau încărcării neglijente a pieselor de prelucrat. Prin urmare, este necesar ca personalul de lucru să urmeze cu mare atenție tehnologia de transport sau încărcare a semifabricatelor și, de asemenea, să fie foarte atent în acțiunile lor.
Defecte ale metalului de bază.
Dacă metalul de bază în sine este considerat o sursă de defecte, atunci trebuie luate în considerare 2 aspecte: (1) finisarea mecanică și alte metode de pregătire a suprafeței și (2) continuitatea metalurgică (integritatea) structurii metalice chiar pe suprafața sa și în apropiere.
Procesele de finisare mecanică pot fi comparate cu munca unui plug pe teren arabil. Indiferent dacă brazda este tăiată de un singur punct al sculei de tăiere sau de mai multe puncte de roți de șlefuit sau pietre de șlefuit, fiecare punct al plugului formează o brazdă cu margini înălțate la margini. Aceste margini conțin de obicei fragmente și microbavuri de metal. Marginile ascuțite și bucățile de metal astfel formate devin concentratoare cu densitate mare de curent de la care începe depunerea de crom, așa cum au demonstrat Jones și Kenez în proiectul de cercetare 14AES. În aceste locuri se nasc defecte nodale care provoacă multe probleme la obținerea cromării dure. La lustruirea stratului finit, aceste defecte sunt ciobite, ducând la formarea de cavități.
Figura 1 prezintă un arbore din oțel 4140 șlefuit până la un finisaj de 16 microni și placat cu 0,5 mm (20 mil) de crom. Există multe noduri și incluziuni de gaz pe suprafața acoperirii. Figura 2 prezintă o incluziune de gaz mărită, dând naștere unui defect mare în metalul de bază. Cromul de pe anod dizolvat. Examinarea microscopică a suprafeței metalului de bază (Fig.3) a făcut posibilă detectarea consecințelor șlefuirii intensive. Abraziunea metalului de bază a procedat atât de intens încât suprafața s-a întărit și, sub acțiunea tensiunilor de întindere, s-au format fisuri pe suprafață, perpendiculare pe direcția de șlefuire.
Un arbore similar (figura 4) înainte de galvanizare a fost supus prelucrării de finisare în diferite moduri. Rezultatele arată ce oferă fiecare astfel de metodă. Inițial, înainte de intrarea în laborator, arborele solid a fost supus unei șlefuiri brute.
O secțiune a suprafeței circumferențiale a părții mijlocii a arborelui nu a fost deloc atinsă, în timp ce alte secțiuni au fost lustruite (manual cu materiale abrazive fără a folosi un șubler (elemente de susținere)) pe un strung cu un set de șmirghel; cu un grad de granulație în continuă creștere: mai întâi cu granulație de 320, apoi 400, apoi s-a folosit hârtie cu carbură de siliciu cu granulație de 600. acoperit aproximativ 1/4 - 1/3 din circumferința arborelui. O zonă a fost lustruită rotund folosind un amestec cu vată de oțel. Cealaltă secțiune a fost uscată prin suflare cu particule de alumină cu o dimensiune a granulelor de 120. Secțiunea 3 nu a fost prelucrată. Suprafețele astfel obținute sunt prezentate în micrografiile din figurile 5-10.
Figura 5 prezintă o suprafață de oțel șlefuită înainte și după acoperire. Învelișul de crom este extrem de nodular, cu localizarea defectelor nodale de-a lungul șanțurilor de la șlefuire.
Figura b prezintă suprafața lustruită cu hârtie înainte și după acoperire. Liniile de șlefuire vizibile în Figura 5 (sus) au fost îndepărtate, dar sunt vizibile zgârieturile și denivelările reziduale. Cu toate acestea, suprafața cromată s-a dovedit mult mai bună decât în Fig. 5 (mai jos).
În Fig. 7, liniile de măcinare sunt încă vizibile pe suprafața solului, suflate cu particule de alumină; finisajul cromat este foarte noduri (cu multe dendrite sferoidale). Figura 8 prezintă o suprafață lustruită cu hârtie și suflată cu particule de alumină. Nu mai există linii vizibile de la măcinare, dar în urma suflarii au apărut o mulțime de defecte sferoidale la suprafață.
Figura 9 prezintă suprafața șlefuită și lustruită cu un cerc elastic. După lustruire, suprafața cromată a devenit remarcabil de netedă. Pe sol apar pete concentrate, hartie lustruita si suprafata lustruita cu un cerc elastic. Aceste pete indică faptul că inhibitorul de coroziune a fost spălat și că există zgârieturi de șlefuire relativ adânci. Lustruirea cu șmirghel a îmbunătățit cu siguranță calitatea suprafeței, dar nu a fost suficient de adâncă pentru a elimina toată microrugozitatea lăsată de șlefuire.
Înainte de acoperire, arborele a fost decapat anodic (cu conexiune la anod) timp de câteva secunde, acest lucru se face pentru a minimiza diferitele modificări ale stării suprafeței oțelului. Apoi suprafața arborelui a fost cromată într-o baie galvanică industrială, grosimea stratului a fost adusă la 0,2 mm.
Exemplul arată că o suprafață și o acoperire excelente pot fi obținute numai prin curățarea completă a microrugozității cauzate de finisarea mecanică. Acest lucru se poate realiza prin îndepărtarea unui strat subțire de așchii cu o roată abrazivă ascuțită, adesea îmbrăcată, făcând treceri una după alta și astfel îndepărtând caneluri adânci și făcându-le mai mici, acestea pot fi îndepărtate prin lustruirea succesivă cu șmirghel și (elastice). ) roată sau particule de suflare alumină. Trebuie remarcat faptul că o roată ascuțită, proaspăt lubrifiată, lubrifiată corespunzător, poate produce mai puține neregularități ale suprafeței decât o roată lustruită, tocită sau lubrifiată incorect, cu granulație mai fină.
Măcinarea în sine poate provoca sâmburi (depresiuni punctuale datorate introducerii particulelor cu granulație fină ale cercului în suprafața metalică. Figura 11 prezintă o astfel de particule cu granulație fină care s-a separat de cerc și a pătruns în suprafață. Pentru o suprafață care a fost lustruit puternic cu un cerc lustruit, uzat, lustruirea singură nu este suficientă.Deși suprafața poate fi extrem de netedă, stratul de crom aderent, dar tensionat poate ridica ulterior bavurile și microbavurile, rezultând defecte sferoidale.De aceea, aceste bavuri trebuie să fie îndepărtat de pe suprafața metalului de bază înainte de placare. După șlefuirea sau șlefuirea atentă a suprafeței cu Pe măsură ce rugozitatea este îndepărtată în continuare, se pot aplica mai multe metode pentru a îndepărta ultimele microbavuri: lustruire cu curele lubrifiate, sablare cu abur, lustruire roti fara folosirea lubrifiantului, lustruire (roata elastica cu amestec de aschii, superfinisare (sau micro slefuire) si electroslefuire. Pentru informatii suplimentare despre tehnologia de slefuire, o sursa buna este ghidul de prelucrare a metalelor, publicat de către Societatea Americană a Lucrătorilor din Metal, Metal Vapor OH 44073.
Există foarte puține imagini ale structurii dendritice a metalelor pe Internet, fără a număra binecunoscuta fotografie a cristalului Cernov și chiar diagrama din manualul lui A.P. Gulieev. Dar deja, dacă vă ocupați de structurile metalelor, atunci trebuie să știți cum arată. Într-o chestiune precum știința metalelor, nicio descriere nu poate înlocui imaginile reale ale structurilor, luarea în considerare, înțelegerea și analiza lor.
Asa de, dendrite în metale. În primul rând, trebuie spus că structurile dendritice se formează, de regulă, în timpul cristalizării dintr-o topitură.
Cristalizare din lichid incepe cu aparitia centrilor de cristalizare, i.e. puncte din care continuă construcția ulterioară a cristalelor. Ca urmare, din lichid încep să se formeze formațiuni cristaline de diferite tipuri. În cazuri excepționale, se formează un cristal care are o formă geometrică regulată - un poliedru sau un poliedru. Aceasta se întâmplă atunci când condițiile externe favorizează dezvoltarea deplină a cristalului (în toate direcțiile).
În condiții normale, se formează cristale de formă neregulată, care se numesc cristalite. Există două tipuri de cristalite. Într-un caz, forma cristalitei se apropie de una poliedrică sau capătă o formă rotundă. Această formațiune se numește cereale. Într-un alt caz, formațiunile cristaline au o formă ramificată cu goluri neumplute, care seamănă cu un copac. Se numesc dendrite.
Dendritele reprezintă stadiul inițial al formării cristalelor. Cristalul începe să se formeze din centrul de cristalizare. În acest caz, nu se obține o ambalare densă a grupărilor cristaline într-un singur cristal; în primul rând, aceste grupuri sunt asociate între ele în anumite direcții, formând axa viitorului cristal.
Daca conditiile de cristalizare sunt astfel incat spatiile dintre axe nu au timp sau nu pot fi umplute, forma dendritei se pastreaza si poate fi observata.
Dendritele (din grecescul δένδρον - copac) sunt formațiuni cristaline complexe ale unei structuri de ramificare asemănătoare unui copac (wikipedia - articolul „Dendrite (cristal)”). Această definiție este foarte potrivită - dendritele au într-adevăr o structură de ramificare asemănătoare unui copac. Și se poate dovedi. Figura 1 arată dendrita adevarata. S-a format în procesul de sinteză cu autopropagare la temperatură înaltă în sistemul Ni-Ti-O.
Poza 1. dendrita adevarata.
O dendrita este un singur cristal (adică un singur cristal). este prezentat în Figura 2. Mai întâi se formează axele de ordinul întâi, apoi se nasc și cresc pe ele axele de ordinul doi. Următorul - al treilea.
Figura 2. Schema formării dendritelor.
După cum se poate observa din figurile de mai jos, dendrite din metalîn formă ele reprezintă cu adevărat „crenguţe”. Uneori spun ei ramuri de dendrite".
Figura 3 Dendritele din aliaje de aluminiu: aluminiu soluție solidă dendrite și eutectic Al-Si.
 |
 |
| Fontă austenitică CHN15D7 | Fontă hipoeutectică |
Figura 4
Într-un cristal real, axele din primul și al doilea ordin sunt de obicei vizibile, al treilea - mai rar (de fapt, pur și simplu nu este suficient timp pentru formarea lor - se termină cristalizarea). În general, cu cât sunt mai multe comenzi vizibile, cu atât aliajul a cristalizat mai lent. Figura 5 de mai jos prezintă o dendrită care conține axe de trei ordine. Al treilea ordin nu este complet format, în unele locuri axele celui de al treilea ordin sunt doar conturate. Axa de ordinul întâi este o săgeată verde, a doua - albastră, a treia - roșie.
Figura 5 Dendrite de diferite ordine in silumin.
Structurile dendritice ale diferitelor aliaje sunt similare. Nu este întotdeauna posibil să spunem ce fel de aliaj este din aspectul structurii turnate, în special la mărire scăzută. De exemplu, dendrite din oțel, fontă, cupru și sisteme de oxid.
Figura 6. Structura dendritică în diferite aliaje la mărire de la 100x la 200x.
Uneori, dendrita are o formă (se obișnuiește să spunem „morfologie”), caracteristică unor aliaje foarte specifice. De exemplu, în siluminul hipereutectic (aliaj aluminiu-siliciu, conținutul de siliciu este mai mare de 11,7%), atunci când sunt turnate în pământ, se formează cristale de siliciu care au o structură dendritică. Acestea sunt așa-numitele cristale scheletice de siliciu. Uneori spun ei „schelete” de siliciu. La o rată de cristalizare mai mare (turnare într-o matriță metalică - matriță de răcire), cristalele de siliciu au deja o formă poligonală. Exista insa si exceptii...
Figura 7 cristale de siliciuîn silumin hipereutectic.
La o mărire mai mare, aliajul este mai ușor de determinat: silumin aliat (dendrită în fază silicioasă), fontă feritică (dendrite de ferită), babbitt ( dendrita de antimoniu). A patra figură nu este ușor de identificat - aceasta este structura obținută sinteză cu autopropagare la temperatură înaltă(eventual, dendrita intermetalica pe fondul eutecticului).
Figura 8. Dendrite caracteristice în diferite aliaje.
S-ar putea întreba: de ce atât de multe despre dendrite?
Faptul este că fiecărui material i se dă o anumită structură, bazată pe scopuri practice. De exemplu, fonta „funcționează” în stare turnată (pot fi deformate, dar nu acesta este subiectul acestui articol). Oțelul, de regulă, este livrat într-o stare deformată. Foaie, tijă, bandă, bandă - toate acestea sunt formele de furnizare a semifabricatelor din oțel. Pentru a obține astfel de semifabricate, oțelul turnat inițial este supus unui tratament special de presiune la temperaturi ridicate. Nu ar trebui să existe o structură turnată după o astfel de prelucrare. Prin urmare, dacă se păstrează, atunci aceasta este o căsătorie. Acest lucru este prezentat în Figura 9. Cercul marchează „scheletul” turnat din oțel. Vom reveni asupra acestui subiect în secțiunea „Anti-produse”.
Figura 9. Resturi structura turnata din otel R18(produs - Atingeți).
Dendritele ar trebui să fie recunoscute nu numai direct în aliaje, ci și în materiale auxiliare, de exemplu, în aliajul de lemn. Structura aliajului de lemn variază. Depinde de compoziție, precum și de „proaspăt” este aliajul, sau reutilizat. Figura 10 arată dendrite din aliajul de lemn, retopit de multe ori. Desigur, într-un astfel de aliaj există multă „murdărie” care a intrat în aliaj în timpul topirii.
 |
 |
| dar | b |
 |
 |
| în | G |
Figura 10. Dendritele din aliajul de lemn: a - imagine câmp luminos; b-d - contrast de interferență diferenţial.
Modelele de gheață sunt întotdeauna recunoscute. Gheața este o formă solidă de existență a apei, care se formează în procesul de cristalizare (îngheț). Formele sale sunt variate. Apropo, dendrite de gheață poate fi văzut în fiecare baltă înghețată (trebuie amintit că apa în intervalul de temperatură de la 0 la 100 0 C este o topire a gheții).
Figura 11. Dendrite de gheață de morfologie diferită (foto de sticlă).
Fulgii de zăpadă sunt, de asemenea, dendrite, doar sub formă de asteriscuri.
Dar mai jos sunt dendritele, pe care noi, din păcate, nu le vedem, ci le simțim. Acestea sunt cristale de gheață pe suprafața plăcilor de pavaj. deasupra este apa. După ce gerul a venit un dezgheț, a început să plouă. Placa nu a avut timp să se încălzească din cauza conductibilității termice insuficiente. Aici este o parte din apa de ploaie și cristalizată.
Figura 11. Dendrite de gheață pe suprafața plăcii unde toți cade.
Următoarele fotografii sunt dendrite pe metale". Figura 13 prezintă rezultatele spălării unei secțiuni de bronz de beriliu cu alcool etilic (în loc de apă) după gravarea cu o soluție saturată de bicromat de potasiu în acid sulfuric. Spălarea cu alcool nu a reușit, reactivul a rămas la suprafață și s-a uscat. La diferite măriri, la suprafață pot fi văzute cristale de dicromat de potasiu, care au propria lor culoare caracteristică.
 |
 |
| dar | b |
Figura 13. Dendrite bicromate de potasiu pe o probă de bronz beriliu BrB2.