metalurgia043

84

tlenków żelaza i manganu oraz krzemiany: 2FeO • Si0₂, FeO • Si0₂, MnO • SiO> Schemat tworzenia się takich warstw na powierzchni odlewów staliwnych przedstawiono na rysunku 3.6.

Struktura metalograficzna warstwy przypowierzchniowej odlewu może się znacznie różnić od struktury głębszych warstw odlewu. Wynika to ze zróżnicowanych warunków krystalizacji tworzywa odlewniczego. Typowym przykładem odmienności struktury (i właściwości) warstw werzchnich są tzw. zabielenia odlewów z żeliwa szarego, czyli występowanie części węgla w postaci cementytu zamiast grafitu.

Złożoność procesów fizykochemicznych zachodzących na granicy ciekły me-tal-forma oraz ich wpływ na tworzenie się warstwy wierzchniej odlewu zależy w znacznej mierze od temperatury. Im temperatura odlewanego tworzywa (staliwa, żeliwa, stopów metali nieżelaznych) jest niższa, tym z reguły uzyskanie odpowiedniej jakości warstwy wierzchniej odlewu jest łatwiejsze.

Utworzona warstwa wierzchnia decyduje o zakresie obróbki wykańczającej oraz o właściwościach użytkowych odlewów. Na przykład, bardzo starannego usunięcia z powierzchni odlewu przed obróbką skrawaniem wymaga warstwa metalo-wo-ceramiczna (rys. 3.6) z uwagi na trwałość narzędzi skrawających. Twardość i odporność na ścieranie powierzchni odlewu zależy od warunków tworzenia się warstwy wierzchniej, a chropowatość powierzchni wpływa na dokładność wymiarową i estetykę odlewu.

Tworzenie się wtrąceń niemetalicznych w odlewach

Wtrącenia niemetaliczne w skrzepniętym odlewie to pęcherze gazowe oraz wtrącenia niemetaliczne stale. W ciekłym metalu zanieczyszczenia te mogą występować albo w zawiesinie, albo w roztworze. W pierwszym przypadku podczas krzepnięcia zawieszone w ciekłym metalu cząstki tworzą w skrzepłym metalu tzw. egzogeniezne wtrącenia niemetaliczne. W drugim przypadku może nastąpić albo bezpośrednie wydzielenie z metalu rozpuszczonych zanieczyszczeń, albo zapoczątkowanie reakcji chemicznych pomiędzy zanieczyszczeniem a składnikiem metalu, prowadzących do wydzielania się zanieczyszczenia lub jego związku.

Rozpuszczalność zanieczyszczenia w metalu maleje ze spadkiem jego temperatury, szczególnie podczas krzepnięcia. Spadek rozpuszczalności prowadzi do wydzielania się zanieczyszczenia, co szczególnie intensywnie zachodzi w czasie krzepnięcia. Jeżeli zanieczyszczeniem jest gaz, np. wodór (rys. 3.7), to powoduje on powstanie w odlewie porów gazowych; jeżeli zanieczyszczenie ma postać ciekłą lub stalą, jak np. siarczki w stopach żelaza, to powstają tzw. endogeniczne w trącenia niemetaliczne.

Rys. 3.7. Zależność rozpuszczalności zanieczyszczenia S w metalu od temperatury T, T_k -temperatura krzepnięcia metalu (na przykładzie rozpuszczalności wodoru w aluminium)

Na skutek zmiany temperatury zmieniają się warunki równowagi chemicznej pomiędzy rozpuszczonymi w ciekłym metalu zanieczyszczeniami a składnikami metalu. Dochodzi wówczas do reakcji:

AZ + B -» BZ + A,

gdzie: A - podstawowy metal (lub składnik stopu),

B - celowo wprowadzony dodatek,

Z - zanieczyszczenie.

Nowy związek zanieczyszczenia z metalem, nierozpuszczalny w metalu, może tworzyć w odlewie bądź pory gazowe, bądź endogeniczne wtrącenia niemetaliczne. Zależy to od jego stanu skupienia w czasie krzepnięcia odlewu. Przykładem może być reakcja pomiędzy zanieczyszczeniem a składnikiem metalu:

FeO + C —» CO + Fe,

zachodząca podczas krzepnięcia staliwa i powodująca powstawanie w nim porowatości gazowej.

Tworzenie się pierwotnej struktury odlewu

Metale i stopy techniczne mają strukturę polikrystaliczna^. Stopy nie są zbudowane z jednakowych komórek, lecz stanowią mieszaninę różnych jednorodnych fizycznie składników struktury, zwanych fazami. Przez pojęcie struktury stopu rozumie się:

-    rodzaje występujących w niej faz,

-    rozdrobnienie poszczególnych faz,

-    ich kształt,

-    wzajemne usytuowanie faz w masie metalu.

Struktura pierwotna odlewu jest to struktura, jaką ma metal bezpośrednio po skrzepnięciu (por. podrozdz. 2.6.2). Podczas stygnięcia po skrzepnięciu w niektórych stopach, np. w stopach żelaza, mogą zachodzić przemiany w stanie stałym, a w efekcie może powstać zupełnie nowa budowa materiału. Pewne ślady struktury