В Интернете на запрос «Строение металлического слитка» как правило появляется известный рисунок из книги А.П. Гуляева «Металловедение» (рис.1). Структур литья представлено мало, во всяком случае, в картинках по этому запросу. Как выглядит структура реального слитка?

Рисунок 1. Схема строения слитка

Структура слитка меди М00к (катодная, ГОСТ 859-2001) показана на рис.2. В соответствии со схемой, наружная зона (1) состоит из мелких кристаллитов. Зона 2 – столбчатые кристаллы. Зона 3(центр отливки) – равноосные кристаллы. Это именно макроструктура, потому что строение зон в деталях не видно; такая съемка призвана продемонстрировать зональность отливки.

Рисунок 2. Макроструктура отливки катодной меди, непрерывное горизонтальное литье. Размер отливки - 12х80 мм

Мелкие кристаллы наружной зоны в отливке меди не видны хорошо при таком увеличении. На рисунке 3 показана микроструктура переходной зоны в отливке цинка: от наружной мелкозернистой корки (слева) к зоне столбчатых кристаллов (справа). Видны мелкие зерна, их границы и двойники внутри зерен и столбчатых кристаллов. Шлиф не был протравлен. Структура видна за счет того, что различные участки структуры по-разному изменяют плоскость поляризации падающего света, а наш глаз видит это отличие.

Рисунок 3. Микроструктура литого цинка; поляризованный свет; без травления.

Ширина зон отливки зависит от условий теплоотвода. Ниже показаны образцы двух отливок. При охлаждении первой из них (рис.4) отвод тепла был достаточно равномерным с обеих сторон; в отливке присутствуют все зоны, в том числе достаточно широкая третья зона равноосных кристаллов.

Рисунок 4. Макроструктура отливки, стороны которой охлаждались одинаково; непрерывное горизонтальное литье. Размер отливки - 17х80 мм

Для второй отливки скорости отвода тепла не были одинаковыми с обеих сторон (рис.5). Поэтому центральная зона равноосных кристаллов сильно смещена, в особенности на концах; в середине сечения отливки она практически отсутствует и столбчатые кристаллы второй зоны стыкуются

Рисунок 5. Макроструктура отливки, стороны которой охлаждались по-разному; непрерывное горизонтальное литье. Размер- 12х80 мм

Кристаллизация, при которой центральная зона равноосных кристаллов отсутствует, а столбчатые кристаллы стыкуются в центре отливки, называется транскристаллизацией. На рисунке 6а показана транскристаллизация в отливке цинка. Видно, что столбчатые кристаллы растут до соприкосновения. Зона транскристаллизации очень непрочная. Уже в процессе охлаждения в ней могут образоваться трещины (рис. 6 б).

Рисунок 6. Транскристаллизация в отливке цинка (цинковый анод, кристаллизация в горизонтальном кокиле); поляризованный свет.

 Не всегда участок транскристаллизации расположен по линии (на рис.6 в пространстве это плоскость). Если слиток имеет цилиндрическую форму и охлаждение производится по всей поверхности, то стык столбчатых кристаллов будет виден на поперечном шлифе. Схема вырезки приведена на рисунке 7 (образец 1). При литье в цилиндрический кристаллизатор зона транскристаллизации небольшая (рис.8). Строение центральной зоны слитка зависит от параметров охлаждения.

Рисунок 8. Транскристаллизация в цилиндрической отливке латуни

На рисунке 9 показана макроструктура медных слитков диаметром 35 мм, полученных при различных скоростях движения слитка в процессе непрерывного литья (образец 2 на схеме рис.7). Все образцы имеют крупнокристаллическое строение. Макроструктура слитка показывает, что характер затвердевания меняется от направленной кристаллизации (от краев слитка к центру) до частично объемной (образец 6) и объемной кристаллизации (образец 4).  

1	2	3	4	5	6

 Рисунок 9. Структура литой меди; непрерывное литье.
1 – скорость движения слитка 200 мм/мин, шаг литья 5 мм; 2 – скорость движения слитка 200 мм/мин, шаг литья 20 мм; 3 – скорость движения слитка 350 мм/мин; 4 – скорость движения слитка 450 мм/мин; 5 – скорость движения слитка 450 мм/мин + вторичное охлаждение; 6 – скорость движения слитка 550 мм/мин + вторичное охлаждение