Ликвацию ми визначали як неоднорідність складу, що спостерігається в затверділому сплаві і одержувану при затвердінні сплаву внаслідок виникає різниці складу між твердою фазою і рідкої (залишковим розчином).

Залежно від масштабу і розташування ліквационних (збагачених домішками) ділянок розрізняють наступні види ліквації.

1. Мікроскопічна ізоляція, яка спостерігається в межах кожного зерна або дендрита, вона, в свою чергу, може бути розділена на два види:

Розглядаючи дефекти лиття на прикладі стали, будемо мати на увазі, що і в інших сплавах вони мають подібний же вид і походження.

а) між кристалічна ізоляція, коли ліквідуються рідина твердне в евтектики, що розташовується між дендритами або зернами;

б) внутрікристалічної ізоляція, коли лик-іірующая рідина утворює твердий розчин, збагачений домішкою і розташований в зовнішніх шарах зерен твердого розчину.

2. Макроскопічна, або ізоляція в сталевому зливку, яка проявляється в тому, що по перетину всього злитка або частини його неозброєним оком розрізняють області або зони, збагачені домішками. Цей вид ликвации також може бути роздолля на два види:

а) ізоляція за питомою вагою (шарувата), де ліквационноє область розташовується в вигляді шару верхнього або нижнього по зливка;

б) ізоляція зональна, коли ліквационноє область розташовується відповідно до зон кристалізації, найчастіше займаючи центральну область злитка.

Остання форма ліквації, як уже зазначалося, утворюється завдяки невільного росту кристалів, що виникають спочатку на кірці затвердевающего злитка. Як відомо, негайно при литві в холодну изложницу (наприклад, чавунну) утворюється спершу тонка зона - кірка дрібнозернистого металу, яка є основою для подальшого формування злитка.

На цій кірці ростуть далі довгі шестоваті (стовпчасті) кристали, утворюючи зону транскрісталлізаціі, і, нарешті, виходить центральна область злитка з вільно виникають і зростаючими равноосной кристалами. Рідина (матковий розчин), що залишається разом з формуванням і росту кристалів, збагачується домішками і, природно, найбільше збагачення домішками мусить виходити там, де вона твердне в останню чергу, т. Е. В центральній області злитка.

При цьому, очевидно, що розташування цієї центральної ліквационноє області має бути відповідно до зовнішніми обрисами злитка (формою виливниці) і зоною зростаючих від стінок кірки шестоватих кристалів. Останні, швидко зближуючись між собою і розростаючись у вигляді суцільної стінки, будуть відганяти залишається рідина в центральну частину зливка.

Сегрегація домішок в стали. Якщо звернутися тепер до конкретного прикладу будь-якої стали, то легко уявити, як повинна відбуватися в ній ізоляція. Тут ліквіровать повинні як головний компонент С, так і всі нормальні домішки (Si, Mn, Р і S). Але ступінь ліквації у них повинна бути різна, про що можна судити, в першу чергу, за відповідними діаграмами станів, а також за швидкостями дифузії в залозі кожного елемента.

(Термін «сегрегація» походить від латинського слова відокремлювати (segregare) і відноситься до домішок в сплаві, які як би відокремлюються від основної частини сплаву, коли в останньому має місце явище ліквації. Таким чином, можна сказати, що ізоляція сплаву представляє не що інше , як сегрегацію домішок в ньому. звідси випливає, що терміни ізоляція і сегрегація повинні мати одне і те ж значення, т. е. є синонімами. Прагнення деякі авторів надати цим термінам різне значення неправильно.)

З усіх зазначених домішок найбільший ступінь ліквації повинні давати S і Р, а найменшу - Si і Мп, про це вже було сказано (§ 56) і в цьому неважко переконатися, розглядаючи початкові області діаграм плавкості зазначених елементів з Fe.

Найбільший інтервал затвердіння дає S> яка до того ж майже зовсім не дифундує в тверде Fe і повністю залишається в рідині, затвердевая у вигляді легкоплавку евтектики; остання, в свою чергу (як уже зазначалося), може давати завдяки коа-лесценціі оболонки або включення FeS.

Як сказано вище, при наявності Мп і малому вмісті сірки є включення не FeS, a MnS, які менш шкідливі. Але все ж і вони як неметалеві включення є дефектними виділеннями в металі і зосереджуються так само, як FeS в ліквідувати-ційних місцях злитка.

Найбільший інтервал затвердіння після S дає Р з Fe, що входить вже в твердий розчин і, отже, дифундує в тверде залізо. Але ця дифузія відбувається надзвичайно повільно, чому Р і є вельми сильно ліквірующіх елементом.

Якщо порівняти з Р головний компонент стали С, то ізоляція останнього повинна бути менше, так як інтервал затвердіння розчину Fe - З менше, ніж Fe • - Р, і дифузія С залізо протікає набагато швидше, ніж Р. Нарешті, такі домішки, як Si і Мп, дають тверді розчини з мінімальним інтервалом затвердіння, і практично вони вважаються неліквірующімі домішками. Насправді вони теж ліквірующіх, але дуже незначно.

Всі зазначені вище домішки в сталі сегрегують спільно, і тому ліквационноє місця виходять зазвичай найбільш небезпечними і в той же час стають легко помітними. Зональну (так само як і будь-яку іншу) ликвацию без праці виявляють при звичайних методах травлення на макроструктуру, так як в забруднених домішками ділянках металу протравімость виходить зазвичай інша, ніж в зонах чистого (здорового) металу.

Наприклад, в залізних сплавах (стали) при травленні поширеними реактивами ліквационноє частини зазвичай роз'їдаються сильніше, тому вони здаються більш темними. Точно так же темніший колір в ліквационних областях виходить і при відомій пробі на сірку, яка застосовується при макродослідженнях. Ця проба полягає в тому, що на макрошліфов щільно накладають змочену зазвичай слабкою кислотою бромосеребряной папір) (яку застосовують у фотографії для друкування знімків).

Цей спосіб відомий також під назвою проба по Бауманн.

При цьому сірчисті включення (сульфіди MnS і FeS), взаємодіючи з кислотою і бромистим сріблом паперу, дають чорні цяточки серністогЬ срібла (Ag2S) якраз в тих місцях шліфують, де вони залягають. Ясно, що ліквационноє місця, де сульфідів кількісно більше, будуть легко виявлятися згущенням чорних крапок (докладніше див. Практичні посібники з металографії).

Показаний приклад зональної ліквації в сталевому зливку, виявленої одним з методів макроскопічного аналізу, де ясно відрізняємо внутрішню більш темну ліквационноє область від зовнішньої світлої зони вздовж усього злитка. Таку ж ліквационноє область можна спостерігати і на поперечних макрошліфах.

Якщо в стали має місце дендритная (мікроскопічна) ізоляція, то при травленні ліквационноє місця будуть розташовуватися між серцевиною зерен, що має форму дендритів, і ми отримаємо характерну дендритну, (серцевину) структуру.

Зв'язок між різними видами ліквації. Всі види ліквації, оскільки вони обумовлені одним і тим же процесом виборчого затвердіння, повинні мати між собою деяку зв'язок в разі виявлення їх в одному і тому ж злитку.

Дійсно помічено, що якщо в зливку спостерігається добре виражена зональна ізоляція або ізоляція за питомою вагою, то дендритная ізоляція в цих зонах буває виражена менш ясно, і навпаки, при різко вираженою дендритних ліквації в межах окремих кристалів, що утворюють злиток, зональна ізоляція в ньому менш помітна.

Пояснити це неважко після наведеного вище пояснення процесу ліквації в кожному випадку: дендритная ізоляція повинна вийти в найбільшою мірою тоді, коли вся залишкова рідина зосередиться навколо первинних дендритів; при цьому, звичайно, ніякої зональної ліквації не вийде.

Якщо ж утворюється різко виражена ліквационноє зона, то значить найбільш збагачений домішками матковий розчин відігнаний всередину злитка, і кристали зовнішньої зони є відносно чистими, т. Е. Біднішими домішками; таким чином, внутрікристалічної ізоляція в зовнішній зоні може зовсім відсутні або спостерігатися в незначній мірі.

Зональна ізоляція або, точніше, наявність ліквационноє місця в зливку, збагаченого небезпечними домішками (S, Р, О), являє дефект сплаву, так як при цьому злиток виходить неоднорідним і в окремих його місцях може бути така концентрація домішок, що метал виявиться зовсім непридатним за якістю, що викликають шлюб отриманого злитка або вироби.

Особливо небезпечна ізоляція в тих випадках, коли ліквационноє місце потрапляє на відповідальну частину виробу. Тому вивчення явища ликвации в сплавах приділяється багато уваги. Нагадаємо, що честь відкриття цього важливого явища належить нашим співвітчизникам - інженерам Лаврову і Калакуцким, вперше вказав в 1866 р на відмінність в складі внутрішніх і зовнішніх ділянок в сталевих злитках.

Зворотній ізоляція. Розглянутий вище вид зональної ліквації, коли домішками збагачена внутрішня область злитка, носить назву нормальної або прямий зональної ліквації на відміну від зворотного, яка іноді спостерігається в сплавах і полягає в тому, що найбільш багатий домішками залишковий розчин спрямовується не всередину злитка, а в зовнішню його зону (до поверхні).

Це явище буває не завжди і не у всіх сплавах; воно має місце переважно в сплавах, що володіють великим температурним інтервалом затвердіння (т. е. схильних до сильної ліквації) і обов'язково виходить при швидкому охолодженні.

Зворотну ликвацию спостерігають і в стали, і в чавуні, але особливо часто в кольорових сплавах - бронзі (олов'яної), алюмініевомедних сплавах і т. П., Де аналізи виявляють переважання домішки (другого компонента) в зовнішніх шарах злитка, в порівнянні з внутрішніми, іноді навіть на цілі відсотки.

Тут, очевидно, збагачений домішками матковий розчин відганяється якимись факторами назовні злитка. Щоб пояснити, яким чином може статися таке явище, потрібно уявити собі докладніше, що відбувається зі сплавом в період освіти і зростання кристалів. До сих пір вважали, що ростуть від країв кристали утворюють суцільну транскрісталлізаціонную стінку, відганяє всю рідку фазу всередину злитка.

Насправді між зростаючими дендритами завжди залишаються деякі простору, в яких застряє матковий розчин. Частина цих межкристаллических рідких ліквационних ділянок при звичайному повільному охолодженні відганяється всередину злитка, частина залишається на тому ж місці до повного затвердіння злитка, і тоді їх часто виявляють під мікроскопом у вигляді ряду неметалічних включень або плівок між кристалами.

Але в умовах швидкого охолодження, коли в кристалізується злитку можуть виникати різкі об'ємні зміни, які утворюються всередині зливка порожнини, заповнені лікватом, можуть відчувати тиск з боку швидко зростаючих кристалів; внаслідок загального стиснення всього обсягу затвердевающего злитка рідкий маточний розчин може видавлюватися назовні через мікроскопічні отвори Спори), існуючі в затверділому сплаві завдяки нещільного прилягання один до одного утворилися кристалів (дендритів).

Факт існування найтонших присвятив і пір між кристалами литого металу не підлягає сумніву, і походження зворотного ликвации можна пояснити, лише грунтуючись на цьому факті.

Залишається тільки не зовсім зрозумілим самий процес просочування маточного розчину при зворотному ликвации, т. Е. Походження того тиску, який змушує рідину виштовхувати назовні при кристалізації.

Вважають, що, крім безпосереднього тиску зростаючих кристалів на рідину в замкнутих обсягах і загального стиснення зовнішніх зон злитка при охолодженні (при не цілком затверділої внутрішньої області), виштовхування може проводитися також тиском газів, що виділяються з рідкого металу при затвердінні.

Є й зворотне припущення: рідкий метал засмоктується зсередини до порожнин, розташованим поблизу поверхні, в яких може утворитися певний вакуум внаслідок усадки або зменшення обсягу газів при охолодженні, причому просуванню рідини сприяють і капілярні сили між кристалами. Звідси випливає, що причина і хід процесу освіти зворотного ликвации вимагають ще подальших досліджень.

Зворотній ізоляція проявляється тим ясніше, чим більше розміри виливки і чим вище перегрів металу перед литтям.

Неметалеві тверді включення в зливку. Ліквірующіх домішки можна розділити на два класи:

I - розчинні домішки, що дають твердий розчин підвищеної концентрації в ліквационних місцях (як Р в стали);

II - нерозчинні домішки, що дають тверді включення; вони були розглянуті вище (сульфіди, оксиди).

Якщо ці включення високоплавких (як MnS, А1203, Si02 і т. П.), Значна частина їх виділяється зі сталі ще до затвердіння останньої; особливо при великих розмірах вони часто спливають на поверхню і віддаляються з металу.

Інша частина може служити центрами кристалізації і залишається в металі або в центрі зерен, або заплутавшись між кристалами разом з іізкоплавкімі включеннями, що виділяються в останню чергу в ліквационних місцях. Особливо багато зосереджується включень в місцях зустрічі і перетину зростаючих кристалів.

Такі місця легко утворюються між столбчатимі кристалами (дендритами), коли вони ростуть назустріч один одному або під прямим кутом. Далі ми побачимо, що в цих же місцях зосереджуються і інші дефекти металу, так що тут взагалі метал сильно ослаблений, тому такі місця називаються місцями слабини. Освіти місць слабини можна до певної міри уникнути якщо не давати кристалів рости перпендикулярно один до одного.

Для цього рекомендують робити заокруглення в кутах. Включення, особливо сірчисті, коли вони присутні в ліквационних місцях, дозволяють легко визначати ці місця, так як загальна їх угруповання і розташування визначаються макроструктурна за допомогою звичайних методів травлення макрошліфов і особливо методом проби на сірку.

Приклад подібного виду відбитків на сірку на макрошліфов стали показаний, де ліквационноє ділянки здаються темнішими через безліч дрібних темних цяток від сірчистих включень, густо розсіяних в даних ділянках. Різні форми ликвации і оцінка якості злитка.

Розташування неметалевих включень в зливку, отримане особливо шляхом проби на сірку, найбільш) бедітельно підтверджує той факт, що в великих злитках ліквационноє ділянки в центральній частині розташовані не цілком рівномірно і існують місця, де особливо густо концентруються включення.

Такими місцями є найчастіше проміжні шари між столбчатимі кристалами і внутрішньою областю рівноосних кристалів. При цьому часто ліквационноє області в перетині злитка зближуються до вершини і розходяться до основи злитка, утворюючи як би усічений конус, тому такій формі і дано назву конічної сегрегації (на заводах часто подібні розходяться сегрегаційні смуги на макрошліфов злитків називають вусами).

У промисловості прагнуть вводити кількісну оцінку металу (злитка) по присутніх в ньому дефектів. Наприклад, рекомендується оцінювати якість злитка за п'ятибальною системою, представляючи схематично для кожного бала характерний вид структури злитка. Так, по відношенню до ліквації показаний схематично вигляд поперечних перерізів злитка, що відповідають оцінці за п'ятибальною шкалою; найгірші злитки, що відповідають балам 4 та 5, не рекомендується пускати на відповідальні вироби. Подібна ж оцінка існує по відношенню до неметалічних включень в сталі і іншим дефектам в зливку.

Сторонні включення. Крім включень зазначеного типу, що утворюються в самому металі (що входять до його складу), в сталевому зливку іноді спостерігаються у вигляді включень абсолютно сторонні предмети, випадково потрапляють в метал ззовні: футеровка, пісок, глина, шамот і т. П. Такі, в повному сенсі, сторонні включення залягають в металі невизначено (випадково) і відрізняються зазвичай більшими розмірами, за якими їх легко відрізнити від інших включень.