Зональная ликвация. Зональная ликвация встречается в различных формах.
Ликвация по поперечному сечению слитка. Чаще всего такая проявляется в том, что наружные слои слитка по сравнению с центральной зоной обогащены компонентом, повышающим температуру кристаллизации сплава. Такая зональная ликвация называется прямой. Объясняется она естественным ходом кристаллизации слитка в изложнице, когда сначала формируются его наружные слои, а потом внутренние. Но при этой последовательности во внутренних частях слитка кристаллизующаяся жидкая фаза согласно ходу линии ликвидуса на диаграмме состояния обогащается компонентом, снижающим температуру кристаллизации сплава. Поэтому в застывающем слитке при движении от его поверхности к центру уменьшается концентрация компонента, повышающего температуру кристаллизации, и соответственно растет концентрация компонента, снижающего температуру кристаллизации. Установлено, что в крупных слитках, охлаждающихся медленно, прямая зональная ликвация развита сильнее, чем в слитках малого сечения, которые охлаждаются быстрее.
Значительно реже встречается так называемая обратная ликвация, когда наружные слои слитка обогащены компонентом, понижающим температуру кристаллизации сплава. В заключительной стадии кристаллизации слитка жидкая фаза, обогащенная легкоплавким компонентом и находящаяся во внутренних объемах слитка, под влиянием давления от выделяющихся из расплава газов по междендритным каналам и другими путями продавливается к наружным слоям слитка и тем самым искусственно повышает в них концентрацию этого легкоплавкого компонента.
Прямая и обратная зональные ликвации не уничтожаются ни диффузионным отжигом, ни горячей пластической деформацией. Для уменьшения развития зональной ликвации по поперечному сечению слитка применяют специальные меры по созданию нужной формы слитка и условий их охлаждения.
Ликвация по удельному весу (по высоте отливки). Этот вид ликвации проявляется в том, что средний химический состав верха отливки отличается от состава низа отливки. Это обусловлено различием в структуре его верхних и нижних частей за счет того, что сплавы кристаллизуются как смесь различных фаз при условии заметной разницы в величине удельного веса у компонентов, например сплавы системы сурьма – свинец. В этих сплавах при медленном их охлаждении при кристаллизации создаются условия, когда тяжелые кристаллические образования опускаются к низу отливки, а более легкие – всплывают к верху отливки. Особенно резко проявляется ликвация в цветных сплавах. Например, в свинцовистых бронзах наиболее заметна ликвация свинца потому, что его удельный вес равен 11,3 г/см3, что намного больше среднего удельного веса сплава (порядка 8,6 г/см3).
Ликвация по удельному весу развита тем сильнее, чем медленнее охлаждается сплав. Следовательно, для предотвращения образования ликвации по удельному весу сплавы следует охлаждать быстро. Однако в случае кристаллизации больших масс сплава практически это сделать трудно. Тогда в целях предотвращения возникновения ликвации по удельному весу в сплав вводят третий компонент с таким расчетом, чтобы эта добавка образовывала с одним из основных компонентов химическое соединение. Будучи более тугоплавким, оно начнет при охлаждении сплава выделяться в первую очередь и своими тонкими, сильно разветвленными осями дендритов воспрепятствует разделению структурных элементов сплава по высоте отливки.
Иногда наблюдается явление расслоения одной жидкой фазы на две различные по составу жидкости с последующим возникновением различной структуры по высоте отливки, которое является разновидностью ликвации по удельному весу. Расслоение наблюдается в сплавах с ограниченной растворимостью компонентов в жидком состоянии (например, сплав системы свинец – цинк).
Быстрое охлаждение сплава от температуры расслоения мало влияет на уменьшение этой ликвации. Высокий нагрев сплава до однофазного жидкого состояния и последующее быстрое охлаждение, тщательное перемешивание и встряхивание являются приемами, препятствующими явлению расслоения и возникновению зональной ликвации по высоте отливки.
5.2. Коррозионная стойкость
Это способность металла сопротивляться разрушению под химическим воздействием окружающей среды.
Чисто химическая коррозия определяется главным образом окислением, электрохимическая коррозия возникает из-за физико-химической неоднородности металлов в присутствии жидкости, способной проводить электрический ток.
Электрохимическая активность металлов характеризуется электродным потенциалом, измеренным относительно водорода (табл. 5.2)
Таблица 5.2
Электрохимический ряд напряжений
Каждые два металла образуют гальваническую пару. При этом электродвижущая сила будет тем больше, чем дальше друг от друга они стоят в электрохимическом ряду.
Для предупреждения коррозии используют различные методы защиты. Очень большое значение имеет борьба с коррозией в деле охраны и реставрации высокохудожественных памятников искусства – статуй, барельефов, металлического декора архитектуры, оград, ворот и т. п.
Для защиты от коррозии художественных изделий из металла применяют следующее: 1) рациональное конструирование; 2) устранение возможности коррозии при производстве, транспортировке и хранении; 3) технологические методы.
Рациональное конструирование. При проектировании художественных изделий из металла целесообразно таким образом разрабатывать конструкцию, чтобы возможность электрохимической коррозии исключалась. Для осуществления этой задачи необходимо:
подбирать металлы с близкими потенциалами;
применять соответствующие прокладки между деталями из металлов с различными электродными потенциалами, исключающие возможность контакта;
конструировать такие формы, в которых не может задерживаться влага (электролит).
Устранение возможности коррозии при производстве, транспортировке и хранении. Появление коррозии на изделиях художественной промышленности часто обусловлено несовершенством или нарушением технологических процессов. Например, в литейных цехах причиной появления коррозии могут служить загрязненность формовочных смесей, плохая очистка от формовочной земли, несвоевременность сушки при водяной очистке и т. п. В механических цехах коррозия может возникнуть при неправильном подборе охлаждающих эмульсий или смазок.
Очень важно тщательно очищать изделия от остатков флюса после пайки или сварки, так как флюсы в большинстве случаев имеют кислую реакцию и разъедают металлы. По своей природе сварной или паяный шов представляет собой гальванопару с металлом изделия, и при наличии следов флюса, играющего здесь роль электролита, возникновение электрохимической коррозии неизбежно.
Лучше всего противостоят коррозии полированные изделия, поэтому в отделочных цехах необходимо следить, чтобы на гладких поверхностях художественных деталей не оставалось царапин, трещин и других дефектов.
При транспортировке и хранении готовых художественных изделий из металла следует принимать профилактические меры, направленные против возможности возникновения коррозии. Для стальных изделий, а также изделий, изготовленных из алюминиевых и магниевых сплавов, применяют защитные смазки, имеющие нейтральную реакцию (не содержащие свободной кислоты). Все виды изделий хранят в сухих помещениях или применяют водонепроницаемую тару, так как от воды корродируют не только черные, но и цветные металлы.
Технологические методы защиты от коррозии. При производстве художественных изделий из металла технологические методы защиты от коррозии неразрывно связаны с декоративной отделкой изделий. Как правило, в художественной промышленности применяются только такие технологические методы борьбы с коррозией, которые одновременно являются и декоративной отделкой. Поэтому благодаря применению того или иного приема защиты от коррозии художественные изделия не только не теряют своего внешнего вида, а, напротив, приобретают новые художественные качества – цвет, блеск и т. п.
Основными технологическими методами защиты художественных изделий от коррозии являются:
а) легирование – введение в корродирующие металлы и сплавы при их производстве дополнительных элементов, сообщающих всему сплаву стойкость против коррозии, например – хромоникелевые стали (нержавеющие стали);
б) оксидирование – искусственное образование химическим путем на поверхности изделий стойких пленок, защищающих их от коррозии;
в) металлические покрытия – способ, когда сплавы и металлы, менее стойкие против коррозии, закрывают более стойкими и, кроме того, обычно более декоративными, например хромирование, никелирование, золочение и др.;
