Строение металлического слитка.

Кристалли­зация начинается от стенок формы. В направлении отвода те­пла, т. е. перпендикулярно к стенке формы, кристалл растет бы­стрее, чем в других направлениях. При этом образуются оси пер­вого порядка. Одновременно на их ребрах происходит зарождение и рост перпендикулярных им осей второго порядка, затем третье­го и т. д. В результате образуется разветвленный древовидный кристалл, называемый дендритом.

При затвердевании имеет место изби­рательная кристаллизация, т. е. в первую очередь затвердевает более чистый металл, а границы зерен более обогащены приме­сями, понижающими температуру плавления. Неоднородность химического состава в пределах дендрита называется дендритной, ликвацией. В большей степени, чем дру­гие элементы, ликвации подвержены углерод, сера, фосфор. Зерна (дендриты), образующиеся в стальном слитке, могут иметь различную форму, размеры и ориентировку. Схема строения слитка спокойной ста­ли приведена на рис.2.3. Структура сли­тка состоит из трех зон: наружной мелкозернистой зоны I, зоны столбчатых кристаллов II и зоны рав­ноосных кристаллов III. Наружная мелкозер­нистая зона состоит из не­ориентированных в прост­ранстве мелких кристаллов. Ее образование обусловлено резким перепадом температур: жид­кий металл - холодные стенки формы. Металл в этой зоне сильно переохлаждается, в нем образуется большое число центров кристаллизации, и он приобретает мелкозернистое строение. После образования корковой зоны условия теплоотвода меня­ются, температурный градиент в прилегающем слое жидкого ме­талла падает и снижается степень переохлаждения. В результате из сравнительно небольшого числа центров кристаллизации в направ­лении отвода тепла, т. е, перпендикулярно к стенке изложницы, начинают расти столбчатые кристаллы, образующие вторую зону. Развитие их в стороны сдерживается соседними дендритами.

Третья зона — зона равноосных кристаллов. В центре слитка нет определенной направленности отвода тепла. Здесь зародыша­ми обычно являются различные мелкие твердые частицы, оттес­ненные при кристаллизации к центру слитка.

Относительное распределение в объеме слитка столбчатой и равноосной зон очень важно. В зоне столбчатых кристаллов ме­талл более плотный, но в местах их стыка он имеет малую проч­ность. Кристаллизация, при которой зоны столбчатых кристаллов стыкуются, называется транскристаллизацией. Для цветных металлов транскристаллизация полезна, так как металл становится плотнее и при его высокой пластичности тре­щины при деформации не образуются. Транскристаллизация ста­ли нежелательна, так как на стыке двух кристаллов при дефор­мации могут образоваться трещины (за исключением стали, подвергнутой электрошлаковому переплаву).

Основными дефектами слитка являются усадочная раковина, пористость и ликвация. Усадочная пористость обычно образуется вблизи усадочной раковины и по оси слитка. Образование усадоч­ной раковины и усадочной пористости обусловлено тем, что все металлы, кроме висмута, имеют в твердом состоянии меньший удельный объем, чем в жидком.

Полиморфные превращения.

В зависимости от температуры многие металлы могут существовать в разных кристаллических формах, или модификациях так как в определенном температурном интервале будет существоватьтот тип кристаллической структуры, который обладает меньшей свободной энергией. Переход чистого металла из одной модификации в другую в условиях равновесия протекает при постоянной температуре исопровождается выделением тепла при охлаждении и поглощением при нагреве. Так же как и при кристаллизации из жидкой фазы (первичной кристаллизации) имеет место переохлаждение или перенагрев относительно равновесной температуры, чтобы возникла разность свободной энергии между образующейся и исходной модификацией. Полиморфное превращение может протекать по диффузионному и бездиффузионному (мартенситному) механизму. В результате полиморфного превращения образуются новые зерна, имеющие другую форму и размеры, поэтому превращение также называют перекристаллизацией (или вторичной кристаллизацией). Это используют для измельчения крупного зерна, полученного при  первичной кристаллизации или предварительном нагреве до высоких температур. Полиморфные модификации принято обозначать буквами  по мере повышения температуры. Например, Ti ↔ Ti ; Со ↔Со ; и др.Полиморфное превращение сопровождается скачкообразным изменением свойств металлов или сплавов: удельного объема, теплопроводности, теплоемкости, электропроводности, магнитных, механических и др. свойств.