Что называется ликвацией и какие виды ликвации существуют
Ликвация (в металлургии)
Л. возникает в результате того, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. При этом состав кристаллов, образующихся в начале затвердевания, может существенно отличаться от состава последних порций кристаллизующегося маточного раствора. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем большее развитие получает Л., причём наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые наиболее сильно влияют на ширину интервала кристаллизации (для стали, например, сера, кислород, фосфор, углерод). Л. оказывает, как правило, вредное влияние на качество металла, т. к. приводит к неравномерности его свойств.
Различают дендритную Л., которая проявляется в микрообъёмах сплава, близких к размеру зёрен, и зональную Л., наблюдаемую во всём объёме слитка. Дендритная Л. выражается в том, что оси дендритных кристаллов отличаются по химическому составу от межосных пространств. Этот вид Л. может быть в значительной степени устранён при длительном отжиге металла (так называемая гомогенизация ) в результате диффузии примесей. Зональная Л. выражается в наличии в слитке нескольких зон с различным химическим составом, которые в зависимости от характера отклонений от среднего состава сплава называются зонами положительной или отрицательной Л. Различают осевую и внеосевую Л. Для уменьшения зональной Л. ограничивают размеры слитков, а также применяют специальные металлургические процессы: непрерывную разливку, переплав в водоохлаждаемом кристаллизаторе (электрошлаковый или вакуумный) и т. п.
Лит.: Голиков И. Н., Дендритная ликвация в стали, М., 1958; Штейнберг С. С., Металловедение, Свердловск, 1961; Вайнгард У., Введение в физику кристаллизации металлов, пер. с англ., М., 1967.
Полезное
Смотреть что такое «Ликвация (в металлургии)» в других словарях:
ЛИКВАЦИЯ — Свойство некогор. сплавов при охлаждении распадаться на составным части. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ликвация (лат. liquatio плавление, плавка) 1) геол. разделение жидкого, первонач. однородного … Словарь иностранных слов русского языка
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации … Большой Энциклопедический словарь
Ликвация — Ликвация: в геологических науках процесс распада однородной магмы при понижении температуры на две или более разные по составу несмешивающиеся магмы. (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Википедия
ликвация — (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации. * * * ЛИКВАЦИЯ ЛИКВАЦИЯ (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Энциклопедический словарь
Ликвация — I Ликвация (от лат. liquatio разжижение, плавление) (геол.), процесс разделения первоначально однородного магматического расплава при понижении температуры на две разные по составу несмешивающиеся жидкости. В результате кристаллизации… … Большая советская энциклопедия
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение, плавление), сегрегация (от позднелат. segregatio отделение), в металлургии 1) неоднородность хим. состава сплавов, возникающая при их кристаллизации. Л. обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
СЕГРЕГАЦИЯ (в металлургии) — СЕГРЕГАЦИЯ, в металлургии 1) то же, что ликвация (см. ЛИКВАЦИЯ). 2) Обжиг труднообогатимых окисленных руд некоторых цветных металлов в присутствии небольшого количества хлора или хлорсодержащей соли с целью перевода металлов, содержащихся в руде … Энциклопедический словарь
Сегрегация (в металлургии) — Сегрегация в металлургии, 1) неоднородность химического состава сплавов; то же, что ликвация. 2) С. в цветной металлургии, комбинированный процесс обжига окисленной руды с последующим обогащением; цель С. ‒ перевод ценных металлов, содержащихся в … Большая советская энциклопедия
Литая сталь — (L acier fondu, Flussstahl, cast steel) Всякий ковкий железный продукт, получаемый путем отливки, принято на заводах назыв. вообще Л. сталью. Такого определения мы будем здесь придерживаться, хотя многие делят Л. металл по способности его… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
СПЛАВЫ — макроскопические однородные системы, состоящие из двух или более металлов (реже металлов и неметаллов) с характерными металлич. св вами. В более широком смысле С. любые однородные системы, полученные сплавлением металлов, неметаллов, неорг. соед … Химическая энциклопедия
Вопрос 1. Вопрос Что такое ликвация Виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения
Вопрос 1. Что такое ликвация? Виды ликвации, причины их возникновения и способы устранения. Ликвация — химическая и структурная неоднородность сплава в различных частях отливки. Ликвация может быть дендритной и зональной.
Дендритная, или внутрикристаллическая, ликвация является следствием избирательного затвердевания сплава и недостатка времени для выравнивания химического состава кристаллов путем диффузии в процессе затвердевания. В реальных условиях охлаждения расплава кристаллизация твердых растворов, чаще всего, протекает неравновесно: диффузионные процессы, необходимые для выравнивания концентрации растущих кристаллов по объему отстают от самого процесса кристаллизации. В результате сохраняется неоднородность состава по объему кристалла — сердцевина кристаллов обогащена тугоплавким компонентом сплава, а наружные части кристаллов обогащены компонентом, понижающим температуру плавления.
Дендритная ликвация, особенно в случае появления в структуре эвтектической составляющей, затрудняет последующую обработку давлением, так как снижается пластичность сплавов и, кроме того, ухудшает конечные механические свойства сплавов из-за неоднородности структуры.
Дендритная ликвация тем заметнее, чем больше скорость затвердевания сплава в форме. Соответственно, ее предупреждению способствует уменьшение скорости затвердевания, например, путем подогрева форм со слитками и дальнейшим постепенным снижением температуры. Однако такой способ неэкономичен, так как требует значительного дополнительного расхода энергии, к тому же в ряде случаев он способствует развитию зональной ликвации. Поэтому, как правило, дендритная ликвация устраняется диффузионным отжигом отливок при высоких температурах и длительных выдержках.
Зональная ликвация происходит в процессе затвердевания сплава при охлаждении вследствие расслоения сплава еще в жидком состоянии из-за различной плотности его компонентов ⎯ образующиеся первичные кристаллы твердого раствора, если в его основе был более тяжелы металл (например, свинец), могут скапливаться внизу жидкой фазы и химический состав нижней части затвердевшего слитка может значительно отличаться от его верхнего слоя. То есть отливка имеет различный химический состав в различных частях, прием это тем заметнее, чем медленнее охлаждение отливки. Чтобы предупредить ликвацию по плотности, сплавы, склонные к ней, необходимо при затвердевании либо перемешивать, либо быстро охлаждать. Зональную ликвацию в уже затвердевшем слитке можно устранить лишь путем его повторного расплавления.
Вопрос 2. Дайте определение ударной вязкости (KCV). Опишите методику измерения этой характеристики механических свойств металла
Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению
Испытание на ударную вязкость проводят на образцах с надрезами определенной формы и размеров в соответствии с ГОСТ 9454-78 «МЕТАЛЛЫ. Метод испытания на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах». Образец устанавливают на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника, который поднимают на определенную высоту(рис.1) На разрушение образца затрачивается работа:
где: Р – вес маятника, Н – высота подъема маятника до удара, h – высота подъема маятника после удара.
ГОСТ 9454-78 ударную вязкость обозначает KCV, KCU, KCT. KC – символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т).
Вид образца для определения ударной вязкости на образце с острым надрезом KCV, приведен на рис. 2.
Вопрос 3. Вычертите диаграмму состояния железо-карбид железа, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения (с применением правила фаз) для сплава, содержащего 3,6% С. Какова структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется
Диаграмма состояния системы железо-карбид железа (Fe-Fe3C) приведена на рис. 1, а. В данной системе выделяют:
1. Однофазные компоненты
Жидкая фаза ⎯ расплав.
Феррит (Ф) ⎯ твердый раствор (внедрения) углерода и других примесей в α-железе. Различают низкотемпературный α-феррит с растворимостью углерода до 0,02% и высокотемпературный δ-феррит с предельной растворимостью углерода 0,1%. кристаллическая решетка феррита объемноцентрированная кубическая (ОЦК). Атом углерода располагается в центре грани куба, где помещается сфера радиусом 0,29 радиуса атома железа (R), а также в вакансиях, дислокациях и т.д. Под микроскопом феррит выявляется в виде однородных полиэдрических зерен.
Аустенит (А) ⎯ твердый раствор (внедрения) углерода и других примесей в γ-железе. Предельная растворимость углерода в γ-железе ⎯ 2,14%. Кристаллическая решетка аустенита гранецентрированная кубическая (ГЦК). Атом углерода в решетке γ-железа располагается в центре элементарной ячейки, в которой может поместиться сфера радиусом 0,41R, и в дефектных областях кристалла. Микроструктура аустенита ⎯ полиэдрические зерна.
Цементит (Ц) ⎯ это химическое соединение железа с углеродом ⎯ карбид железа Fe3C. В цементите содержится 6,67% углерода. Цементит имеет сложную ромбическую решетку с плотной упаковкой атомов.
2. Двухфазные компоненты:
Перлит ⎯ это эвтектоид, состоящий из двух фаз ⎯ феррита и цементита. образуется перлит при температуре ниже 727°С в результате разложения аустенита на феррит и цементит. Содержание углерода в нем равно 0,8%.
Ледебурит ⎯ это эвтектика, состоящая из аустенита и цементита, образующаяся при концентрации углерода 4,3% в диапазоне температур 1147-727°С. При температуре ниже 727°С аустенит превращается в перлит, и ледебурит состоит из смеси перлита и цементита.
Рассмотрим структурные составляющие в разных областях диаграммы Fe-Fe3C.
По линии солидус процесс кристаллизации завершается. Структура сплава ниже линии солидус зависит от концентрации углерода. Ниже линии АН (область AHN) сплав имеет однофазную структуру феррита-δ; ниже линии HJ (область HJN) сплав состоит из двух фаз ⎯ аустенита и феррита-δ, это объясняется тем, что имеющийся в сплаве углерод (более 0,8%) не может быть полностью связан в феррит-δ и образует аустенит; ниже линии JE (область NJESG) сплав имеет однофазную структуру аустенита; по линии ЕС (содержание углерода от 2,14 до 4,3%) сплав кристаллизируется с образованием аустенита, избыток углерода идет на формирование цементита с образованием эвтектики (ледебурита), таким образом ниже линии ЕС до температуры 727°С сплав имеет структуру аустенит + цементит + ледебурит; в точке С из жидкой фазы одновременно кристаллизируется аустенит и первичный цементит с образованием ледебурита; по линии CF в сплаве сохраняется первичный цементит и его структура (вплоть до линии 727°С) ⎯ цементит + ледебурит.
Дальнейшие изменения структуры затвердевшего сплава происходят в результате фазовых превращений в нем.
Вследствие уменьшения растворимости углерода в аустените по линии SE происходит выделение его избытка с образованием вторичного цементита. Ниже этой линии и до температуры 727°С структура сплава ⎯ аустенит + вторичный цементит.
По линии GS из аустенита происходит выделение кристаллов феррита-α, таким образом структура в области GSP ⎯ аустенит + феррит. В области QPG сплав имеет однофазную структуру феррита-α. По линии QP, из-за снижения растворимости углерода в феррите из него выделяется третичный цементит и ниже этой линии структура сплава ⎯ феррит + цементит.
При температуре 1147°С (линия ЕС, точка t2) аустенит достигает предельной концентрации, указываемой точкой Е (2,14%С), а оставшаяся жидкость — эвтектического состава 4,3%С (точка С). Она затвердевает при одновременной кристаллизации двух фаз (аустенита и цементита), образующих ледебурит:
Процесс эвтектической кристаллизации протекает при постоянной температуре (на кривой охлаждения наблюдается остановка), так как при наличии трех фаз: аустенита (2,14% С), цементита (6,67% С) и жидкости (4,3% С), число степеней свободы равно нулю (С = 2 + 1 – 3 =0). После затвердевания сплав состоит из кристаллов аустенита предельной концентрации и ледебурита (аустенит + цементит).
При дальнейшем понижении температуры из аустенита выделяется цементит. Состав аустенита при этом изменяется по линии SE.
При температуре 727° С (линия PSK, точка t3) аустенит, обедненный углеродом до эвтектоидного состава (0,8%С), указываемого точкой S, распадается с одновременным выделением двух фаз: феррита и цементита, образующих перлит:
Аналогичные превращения протекают во всех сплавах, содержащих 2,14–4,3% С; после охлаждения (ниже температуры 727° С) структура их состоит, из перлита, ледебурита (перлит + цементит) и вторичного цементита. Сплавы подобной структуры относятся к группе доэвтектических чугунов. Вторичный цементит в чугунах не обнаруживается под микроскопом в виде отдельных частиц, так как они выделяются в ледебурите (на входящих в него частичках цемента).
Вопрос 4. Как изменяются структура и свойства стали 40 и У12 в результате закалки от температуры 750 и 850°С. Объясните с применением диаграммы состояния железо-цементит. Выберите оптимальный режим нагрева под закалку каждой стали
Сущность закалки, как известно, состоит в переохлаждении аустенита для получения мартенситоподобной структуры. Отсюда вытекает логичное требование ⎯ деталь, нагретая до температуры закалки, должна иметь чисто аустенитную структуру. Как следует из диаграммы состояния железо-цементит, превращение первичной структуры стали в аустенит начинается при температуре точки А1 для заэвтектоидных, и температуре точки А3 для доэвтектоидных. Для полного распада первоначально структуры с целью получения структуры чистого аустенита деталь необходимо нагреть несколько выше температуры указанных точек, обычно на 30-50°С. Сталь 40 содержит 0,4%С, относится к доэвтектоидному классу и в холодном состоянии имеет структуру феррит+перлит. Сталь У12 содержит 1,2%С, относится к заэвтектоидному классу и в холодном состоянии имеет структуру цементит (вторичны) + феррит.
Исходя из вышеизложенного рассмотрим участок диаграммы железо-цементит (рис. 1), на котором отмечены заданные температуры (750 и 850°С), а также вертикали, соответствующие указанным сталям.
Сталь 40. Как видим на диаграмме, при обеих температурах нагрева под закалку сталь имеет структура аустенита. То есть в принципе обе температуры подходят. Но необходимо учесть, перегрев стали вызывает рост зерна аустенита и, как следствие, при закалке образуется крупноигольчатый мартенсит, что ухудшает вязкостные свойства готового изделия. Кроме того, перегрев способствует образованию трещин в изделии и обезуглероживанию стали. Таким образом, для стали 40 оптимальная температура нагрева под закалу ⎯ 750°С.
Сталь У12. При температуре 750°С сталь не имеет чисто аустенитной структуры. В результате после закалки с этой температуры в структуре стали наряду с мартенситом сохраняются участки феррита, не претерпевшие превращения в аустенит при нагреве. Присутствие феррита снижает твердость стали после закалки и ее механические свойства после отпуска. В то же время температура 850°С соответствует всем требованиям закалки ⎯ сталь имеет аустенитную структуру и не перегрета. Таким образом, 850°С ⎯ оптимальная температура закалки для стали У12.
Процессы ликвации в стали: описание, виды, способы устранения
В металлургии часто требуется разделить компоненты руды, металла или сплава путем частичного плавления. Процесс, когда материал нагревается до температуры, при которой один из компонентов плавится, а другой остается твёрдым (при этом жидкий компонент можно слить) носит название «ликвация». Ранее он использовался для извлечения минералов сурьмы из руды и для отделения серебра от меди с использованием свинца в качестве растворителя. При рафинировании олова его используют до сих пор. Наряду с положительными моментами, ликвация в ряде случаев ухудшает структуру металла.
Что такое ликвация
Металлургическая ликвация продолжительна и требует особого режима эксплуатации печи. Она далеко не всегда приводит к благоприятствующим результатам, а также сопровождается значительными потерями металла. По этим причинам металлургическую ликвацию заменяют на более эффективные технологии.
В металловедении распространено понятие ликвации дендритов. Это явление считается нежелательным, ухудшающим качество готового слитка. Причём настолько, что металл нельзя использовать для последующей механической обработки. Появление крупных зёрен свидетельствует о недостаточной скорости кристаллизации металла в период остывания слитка. Грубозернистая структура ограничивает последующую обработку металла. Из-за интенсивности данного процесса производство слитков увеличенных габаритных размеров с применением традиционных технологических решений невозможно.
Это правда, что подавляющее большинство стали в мире в настоящее время разливается непрерывно, но отливка слитков по-прежнему требуется для производства компонентов тяжелой промышленности, которые включают большие дорогостоящие единичные секции, такие как сосуды высокого давления, необходимые для производства ядерной энергии. Эффекты макросегрегации критически важны в таких приложениях, и возможность прогнозирования степени и местоположения сегрегации очень востребована. В этой статье рассматривается развитие методов прогнозирования макросегрегации, оценивается жизнеспособность их использования сегодня в промышленных условиях и далее выделяются ключевые факторы, ограничивающие их эффективность. Также будут кратко обсуждены методы, которые могут быть использованы для измерения сегрегации и структуры на макроуровне в слитках.
Виды ликвации
Динамика ликвации дендритов определяется скоростью затвердевания, Последняя, в свою очередь, зависит от изменения показателей давления, а также от параметров удельного веса металла, участвующего в ликвационном процессе. В момент начала зарождения зёрен металла, граница раздела в ходе затвердевания слитка постоянно перемещается. Поскольку энергетический баланс при этом может сдвинуться в направлении преобладания энтальпии твердого вещества над соответствующим показателем для жидкости, дендритная ликвация всегда будет проходить с выделением избыточного тепла.
Учитывая различную растворимость отвердевающего металла, которая по понятным причинам будет более низкой, чем в жидкости, растворённое вещество будет более равномерно перераспределяться по объёму жидкости, Динамику данного явления хорошо описывают технологии компьютерного моделирования, с помощью которых можно прогнозировать рост дендритов и формирование их разветвлений.
При избытке вещества, которое подлежит растворению, тепловые зоны также изменяются поэтому на границе раздела неизбежно происходит переохлаждение жидкости.
Это обстоятельство уменьшает структурную стабильность слитка. Происходит это за счёт склонности дендритов к образованию ветвистых структур. Увеличение размеров такого «дендритного дерева» происходит без ограничений по направлению, поскольку соприкосновение с чем-либо иным, кроме жидкости, не наблюдается. Например, для металлов с кубической решёткой возможно двукратное увеличение размеров зерна. Интенсивный рост зерен наблюдается также для некоторых алюминиево-медных сплавов, сплавов системы «железо-хром-ниобий» и т.д.
Ликвация дендритов подразделяется на:
В первом случае вначале происходит отверждение карбидов тугоплавких металлов, например, ниобия. Поскольку энергия, выделяющаяся между отдельными фазами, непостоянна, варьируясь от ориентации дендритов, то, форма поверхности с минимальной энергией практически совпадает с гранями соответствующей кристаллической решётки м.
Механическая ликвация проявляется преимущественно в сплавах на основе стеллитах – инструментальных сплавах, основой которых является кобальт. Она происходит реже, зато сопровождается увеличением твёрдости, что объясняется более развитой и тонкой микроструктурой охлаждающегося слитка.
Как устраняют ликвацию?
Одним из путей подавления дендритной ликвации является поэтапное наплавление (формирование) слитка с помощью сварочных технологий. Однако применяют и металлургические методы, которые основаны на управлении скоростью охлаждения дендритов. В результате образуется так называемая «полосчатая» микроструктура. Когда материал с такой структурой впоследствии обрабатывается прокаткой или другими методами механические свойства металла ухудшаются.
Современной технологией борьбы с описываемым явлением является диффузионное связывание. Оно представляет собой процесс соединения материалов, в частности, сплавов на основе алюминия, а также других композитов. Сложность и ограниченность метода связана с возможным окислением поверхности слитка, что существенно изменяет его физико-механические свойства Кроме того, нарушается принцип непрерывности непрерывности уже имеющихся в структуре металлических связей.
Особое значение способы борьбы с ликвацией приобретают при получении припоев – присадочных металлов, которые плавятся во время пайки.
Ликвация
Полезное
Смотреть что такое «Ликвация» в других словарях:
ЛИКВАЦИЯ — Свойство некогор. сплавов при охлаждении распадаться на составным части. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ликвация (лат. liquatio плавление, плавка) 1) геол. разделение жидкого, первонач. однородного … Словарь иностранных слов русского языка
Ликвация — [liquatio разжижение] в петрологии процесс разделения магмы при понижении температуры на два несмешивающихся расплава, подобно тому как это наблюдается в металлургических процессах. Одни исследователи (Левинсон Лессинг, Дени и др.) считали Л.… … Геологическая энциклопедия
ликвация — сегрегация, зейгерование; разделение, неоднородность Словарь русских синонимов. ликвация сущ., кол во синонимов: 3 • неоднородность (18) • … Словарь синонимов
ЛИКВАЦИЯ — (от лат. liquatio разжижение плавление) в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации … Большой Энциклопедический словарь
ЛИКВАЦИЯ — сегрегация, неравномерное распределение составных частей жидкого сплава металла при его застывании, что ведет к ухудшению качества слитка вследствие его неоднородности. При застывании расплавленной стали прежде всего застывает более чистый и… … Технический железнодорожный словарь
Ликвация — Ликвация: в геологических науках процесс распада однородной магмы при понижении температуры на две или более разные по составу несмешивающиеся магмы. (от лат. liquatio разжижение, плавление) в металлургии, сегрегация,… … Википедия
ликвация — и, ж. liquation f. <лат. liquatio плавление, плавка. 1. геол. Разделение жидкого магматического расплава при его остывании на два несмешиваемых компонента. Крысин 1998. 2. техн. Неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ликвация — Дефект в виде местных скоплений химических элементов или соединений в теле отливки, возникших в результате избирательной кристаллизации при затвердевании. [ГОСТ 19200 80] Тематики отливки из чугуна и стали Обобщающие термины несоответствие по… … Справочник технического переводчика
ЛИКВАЦИЯ — дефект стали и сплавов, возникающий при их кристаллизации в виде неоднородности отдельных участков по хим. составу, структуре, неметаллическим и газовым включениям … Большая политехническая энциклопедия
Ликвация — [segregation; liquation] (от лат. liquatio разжижение, плавление) неоднородность сплава по химическому составу, структуре и неметаллическим включениям, образованными при кристаллизации слитка, непрерывнолитой заготовки и отливки. Ликвация… … Энциклопедический словарь по металлургии
ЛИКВАЦИЯ — (от латинское liquato разжижение, плавление), сегрегация (от латинского segregatio отделение) 1) неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации. Ликвация обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов,… … Металлургический словарь