Теоретическое металловедение: наблюдение процессов
Водород и степень прямого восстановления
В результате сокращаются время контакта газов с коксом и степени превращения С02 и Н20 при взаимодействии с углеродом, что равносильно уменьшению скорости газификации углерода. Это ведет расширению температурной области непрямого и смешанного восстановления и сокращению степени прямого восстановления.
Следует отметить еще немаловажную причину уменьшения Rd изменение условий теплообмена и вида температурного поля в нижней части печи. М. А. Стефанович, Ю. В. Федулов и Л. Я. Шпарбер, обосновавшие эту причину, полагают, что введение природного газа вызывает качественно такие же изменения условий теплообмена, как и понижение нагрева дутья: снижается температура около фурменных очагов, увеличивается высота нижней ступени теплообмена и расширяется зона умеренно высоких температур.
Следовательно, расширяется область смешанного восстановления и понижается степень прямого восстановления. Такое изменение вида температурного поля возможно, однако, в том случае, если повышение подачи природного газа сопровождается снижением отношения водяных эквивалентов материалов и газов, иными словами, увеличением относительного количества печных газов.
Испытание на горячеломкость: Образование трещин в сплавах, связанное с их горячеломкостью, вызывает необходимость установления степени горячеломкости путем подходящего метода испытания. Так, образец оставляют, например, затвердевать в условиях, при которых он с момента начала сокращения в твердом состоянии несет определенную нагрузку. В других случаях просто проводят испытания на удар при различных температурах.
Подобные испытания проводились Арчбуттом, Гроганом и Дженкином с образцами без запила размером 10 X 10 X 60 мм, отлитыми в кокиль из различных алюминиевых сплавов. Только при переходе за определенную для каждого сплава температуру, работа удара сильно падает, так как образцы становятся хрупкими. В этой области горячеломкости кривая работы удара для различных сплавов имеет весьма различную крутизну.
Наконец, достигается температура, при которой сплав не оказывает более никакого сопротивления, так как он расплавляется. Нижняя граница области горячеломкости выражена, таким образом, довольно резко. Верхнюю границу Арчбутт, Гроган и Дженкин пытаются определять путем микроскопического наблюдения начала расплавления. Для сплавов в 4% Си и сплавов с 2,75% Си и 13% Zn (немецкий сплав) микроскопический анализ не дает ясной картины.
Такое определение верхней границы, правда, совершенно произвольно, потому что в действительности начинающаяся горячеломкость может вызываться уже самыми малыми количествами жидкой составляющей. Но начальная стадия расплавления, очевидно, ускользает от наблюдения. С другой стороны, горячий излом в отливке наступит лишь в том случае, если сопротивляемость материала ослаблена уже более значительно, т. е. когда расплавилось уже большее количество сплава.
При этом мог бы оказать нам известную помощь микроскопический анализ. Однако они все же дают некоторое объяснение различной склонности сплавов к образованию трещин при кокильном литье. Установлено, что силумин вообще не дает трещин, затем следуют почти равноценные в этом отношении сплав Y и сплав с 4% Си и 3% Si. Американский сплав сказывается уже гораздо более чувствительным; из сплава же VI Си вообще не удается получать годных отливок.
Горячие трещины: С точки зрения характеристики материала целесообразнее отличать трещины, возникающие в горячем состоянии при очень высоких температурах, от холодных трещин, возникающих в процессе охлаждения или посте него. При горячих трещинах на поверхности излома обнаруживают часто отделяющиеся друг от друга кристаллы, особенно в сплавах, которые состоят преимущественно из кристаллов твердого раствора.
Для объяснения его выдвигаются самые различные гипотезы. Достоверно то что только сплавы с большим интервалом расплавления обнаруживают сильную обратную ликвацию. Далее, уже Бауэр указывали на очевидную связь этого явления с ростом дендритных кристаллов. Сообразно с этими фактами, исключая прочие предположения, явление обратной ликвации можно объяснить следующим образом.
Изложенное выше представление о возникновении обычной ликвации связано с предпосылкой, что маточный раствор как таковой остается в течение длительного времени нераздельным целым, что позволяет ему, во-первых, постоянно выравнивать свой состав во-вторых, перемещаться в любом направлении. Дендритные кристаллы остаются тогда в соприкосновении с расплавом в широком температурном интервале и притом в значительной части сечения. Расплав же располагается в каналах между дендритами, сужающихся по направлению наружу, и потому не может быстро выравнивать свой состав.
Пространственное протяжение подобной системы зависит от интервала затвердевания и может быть весьма значительным. Бронза с 10% Sn начинает, например, затвердевать при 1000° и только при 800° переходит в совершенно твердое состояние. В соответствии с измерениями, описанными в раз деле температурные различия в отливке обычно не так велики. В случае бронзы наружная корка необязательно должна затвердевать полностью, когда кристаллизация уже доходит до середины.
Исследования усадки сплавов показывают далее, что в процессе затвердевания сжатия не происходит вовсе, а у многих сплавов, наоборот, имеет место даже расширение объема. Усадка при затвердевании в 4% от объема, свойственная бронзе, привела бы, следовательно, к соответствующему образованию пустот, если бы не происходило дополнительного всасывания расплава из внутренних частей отливкой. Этот расплав, просасываясь между дендритными кристаллами, обогащается вторым компонентом.
В случае бронзы этот маточный раствор под влиянием развивающегося в нем газа часто выдавливается (выпотевает) через неполностью еще затвердевшую наружную корку в виде капель, которые по различным данным содержат до 15-25% , в среднем около 20% Sn, т. е. примерно на 10% больше, чем затвердевшая в самом начале наружная корка среднего состава. Так как маточный раствор должен заполнить по меньшей мере 4% усадочных пустот, то он повышает содержание олова в наружной корке приблизительно на 10-0,04 = 0,4%.
