Дендриты в металлах это

Обновлено: 17.05.2024

Изображений дендритной структуры металлов в Интернете очень мало, не считая известной фотографии кристалла Чернова, да еще схемы из учебника А.П. Гуляева. Но уже если заниматься структурами металлов, то надо знать, как они выглядят. В таком деле, как металловедение, никакое описание не заменит реальных изображений структур, их рассмотрения, осмысления, анализа.
Итак, дендриты в металлах. Прежде всего надо сказать, что дендритные структуры формируются, как правило, при кристаллизации из расплава.

Кристаллизация из жидкости начинается появлением центров кристаллизации, т.е. точек, из которых продолжается дальнейшее построение кристаллов. В результате этого из жидкости начинают формироваться кристаллические образования разного вида. В исключительных случаях формируется кристалл, имеющий геометрически правильную форму – многогранника или полиэдра. Это происходит в тех случаях, когда внешние условия способствуют полному развитию кристалла (во всех направлениях).
В обычных условиях формируются кристаллы неправильных очертаний, которые называют кристаллитами. Различают кристаллиты двух видов. В одном случае форма кристаллита приближается к многогранной, или же принимает округлые очертания. Такое образование называется зерном. В другом случае кристаллические образования имеют ветвистую форму с незаполненными промежутками, напоминающую деревце. Их и называют дендритами.
Дендриты являются начальной стадией формирования кристалла. Кристалл начинает формироваться от центра кристаллизации. При этом не получается плотная укладка кристаллических групп в один кристалл; сначала эти группы связываются друг с другом по определенным направлениям, образуя оси будущего кристалла.
Если условия кристаллизации таковы, что пространства между осями не успевают или не могут заполниться, форма дендрита сохраняется и ее можно наблюдать.
Дендри́ты (от греч. δένδρον — дерево) — сложнокристаллические образования древовидной ветвящейся структуры (wikipedia – статья «Дендрит(кристалл)»). Это определение очень удачное - дендриты действительно имеют ветвящуюся структуру, похожую на деревце. И это можно доказать. На рисунке 1 показан самый настоящий дендрит. Он сформировался в процессе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в системе Ni-Ti-O.

Рисунок 1. Истинный дендрит.

Дендрит является монокристаллом (т.е. одним кристаллом). Схема формирования дендрита представлена на рисунке 2. Сначала формируются оси первого порядка, потом на них зарождаются и растут оси второго порядка. Далее – третьего.

Рисунок 2. Схема формирования дендрита.

Как видно из представленных ниже рисунков, дендриты в металле по форме действительно представляют собой «веточки». Иногда говорят "ветви дендритов".


Сплав АЛ25	Сплав АК12

Рисунок 3. Дендриты в алюминиевые сплавах: дендриты алюминиевого твердого раствора и эвтектика Al-Si.


Аустенитный чугун ЧН15Д7	Доэвтектический чугун

Рисунок 4. Дендриты в чугуне.

В реальном кристалле обычно видны оси первого и второго порядков, третьего – реже (в сущности, на их формирование просто не хватает времени – кристаллизация заканчивается). В общем, чем больше порядков видно, тем медленнее кристаллизовался сплав. Ниже на рисунке 5 показан дендрит, содержащий оси трех порядков. Третий порядок сформирован не полностью, в некоторых местах оси третьего порядка только намечаются. Ось первого порядка –зеленая стрелка, второго – синяя, третьего – красная.

Рисунок 5. Дендриты разных порядков в силумине.

Дендритные структуры различных сплавов подобны. По виду литой структуры не всегда можно понять, какой это сплав, в особенности при небольшом увеличении. Например, дендриты в стали, чугуне, меди и оксидной системе.


Сталь	Кислородная медь

Доэвтектический чугун	Оксидная система на основе Ni-Ti

Рисунок 6. Дендритная структура в различных сплавах при увеличении от 100 х до 200 х .

Иногда дендрит имеет форму (принято говорить «морфологию»), свойственную совершенно определенным сплавам. Например, в заэвтектическом силумине (сплав алюминий-кремний. содержание кремния более 11,7%) при литье в землю формируются кристаллы кремния, имеющие дендритное строение. Это так называемые скелетные кристаллы кремния. Иногда говорят «скелетики» кремния. При более высокой скорости кристаллизации (литье в металлическую форму - кокиль) кристаллы кремния уже имеют полигональную форму. Встречаются, правда, и исключения.


Заэвтектический силумин, литье «в землю»

Заэвтектический силумин, литье в кокиль	"Звездочка" кремния в заэвтектическом силумине

Рисунок 7. Кристаллы кремния в заэвтектическом силумине.

При большем увеличении сплав легче определить: легированный силумин (дендрит кремнистой фазы), ферритный чугун (дендриты феррита), баббит (дендрит сурьмы). Четвертый рисунок идентифицировать не просто – это структура, полученная самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (возможно, дендрит интерметаллида на фоне эвтектики).


Легированный силумин	Феррито-перлитный чугун

Баббит	Система Ni-Ti-O

Рисунок 8. Характерные дендриты в различных сплавах.

Можно было бы спросить: зачем так много о дендритах?

Дело в том, что каждому материалу придают определенную структуру, исходя из практических целей. Например, чугуны "работают" в литом состоянии (их можно и деформировать, но это не является темой настоящей статьи). Сталь, как правило, поставляется в деформированном состоянии. Лист, пруток, полоса, лента - все это формы поставки стальных полуфабрикатов. Для получения таких полуфабрикатов исходно литая сталь проходит специальную обработку давлением при повышенных температурах. Литой структуры после такой обработки быть не должно. Поэтому, если она сохранилась, то это брак. Это показано на рис.9. Окружностью отмечен литой "скелетик" в стали. Мы еще вернемся к этой теме в разделе "Антипродукция".

Рисунок 9. Остатки литой структуры в стали Р18 (изделие - метчик).

Дендриты должны быть узнаваемы не только непосредственно в сплавах, но и во вспомогательных материалах, например в сплаве Вуда. Вид структуры сплава Вуда бывает разным. Это зависит от состава, а также "свежий" это сплав, или же многократно использованный. На рисунке 10 показаны дендриты в сплаве Вуда, многократно переплавленном. Естественно, что в таком сплаве достаточно много "грязи", попавшей в сплав при переплавах.


а	б

в	г

Ледяные узоры узнаваемы всегда. Лед – это твердая форма существования воды, которая образуется в процессе кристаллизации (замерзания). Формы ее разнообразны. Кстати, дендриты льда можно видеть в каждой замерзающей луже (следует помнить, что вода в интервале температур от 0 до 100 0 С представляет собой расплав льда).

Рисунок 11. Дендриты льда различной морфологии (фото со стекла).

Снежинки – это тоже дендриты, только в форме звездочек.

А вот ниже показаны дендриты, которые мы, к сожалению, не столько видим, сколько чувствуем. Это кристаллы льда на поверхности тротуарной плитки. всерху - вода. После мороза наступила оттепель, пошел дождь. Плитка нагреться не успела по причине своей недостаточной теплопроводности. Вот часть дождевой воды и закристаллизовалась.

Рисунок 11. Дендриты льда на поверхности плитки, на которой все падают.

Следующие фотографии - это "дендриты на металлах". На рисунке 13 представлены результаты промывки шлифа бериллиевой бронзы этиловым спиртом (вместо воды) после травления насыщенным раствором бихромата калия в серной кислоте. Промывка спиртом не удалась, реактив остался на поверхности и высох. При различных увеличениях на поверхности можно видеть кристаллы бихромата калия. Они имеют свой характерный цвет.


а	б

Рисунок 13. Дендриты бихромата калия на образце бериллиевой бронзы БрБ2.

Дендрит

Дендрит [dendrite] — выросший из расплава кристаллит с древовидным строением. Дендритный рост кристаллов реализуется в большинстве случаев, например, при литье слитков и отливок. Впервые дендритные кристаллы в стальных слитках были выявлены и подробно описаны в 1870 — 1880 г. Д. К. Черновым. При дендритной кристаллизации зародыши развиваются с разными скоростями в разных кристаллографических направлениях. Например, максимальный рост кристаллита металлов и сплавов с кубической решеткой происходит в трех взаимно перпендикулярных направлениях, соответствующих октаэдрическим осям. В результате образуются ветви — оси дендрита 1-го порядка, расходящиеся от центра кристаллизации под определенными углами. При дальнейшем развитии кристаллизации от осей 1-го порядка под определенным углом к ним начинают расти поперечные ветви — оси 2-го порядка, а от них — оси 3-го порядка и т. д. В металлическом расплаве формируется остов древовидной формы будущего кристаллита. Остающаяся часть расплава между дендритными ветвями кристаллизуется, постепенно наслаиваясь на ветви. Размеры дендритных ветвей зависят только от одного фактора — скорости охлаждения в интервале температур кристаллизации (Смотри Кристаллизация). Закристаллизовавшийся дендрит-литое зерно, выросшее из одного зародышевого центра, с той же кристаллографической ориентировкой. Соседние ветви дендритов могут быть разориентированы на несколько градусов из-за их изгибов и смещения при кристаллизации. Дендритное строение литых зерен металлов и в особенности сплавов хорошо выявляется при травлении микрошлифов и просмотре их с помощью светового микроскопа.

Энциклопедический словарь по металлургии. — М.: Интермет Инжиниринг . Главный редактор Н.П. Лякишев . 2000 .

Полезное

Смотреть что такое "Дендрит" в других словарях:

ДЕНДРИТ — (греч. dendrites, от dendron дерево). Камень, преимущественно известняк, с природными древовидными изображениями на нем. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ДЕНДРИТ греч. dendrites, от dendron, дерево.… … Словарь иностранных слов русского языка

Дендрит — [δένδρον (δендрон) дерево] древовидные агр., б. ч. фигуры роста, состоящие из отдельных сросшихся друг с другом в параллельном или двойниковом положении кристаллических индивидов (иногда из скопления… … Геологическая энциклопедия

дендрит — агрегат, кристалл, отросток Словарь русских синонимов. дендрит сущ., кол во синонимов: 4 • агрегат (34) • … Словарь синонимов

дендрит — Выросший из расплава кристаллит с древовидным строением. Дендритный рост кристаллов реализуется в большинстве случаев, напр, при литье слитков и отливок. Впервые дендритные кристаллы в стальных слитках были выявлены и подробно описаны в… … Справочник технического переводчика

ДЕНДРИТ — ветвящийся отросток нервной клетки (нейрона), воспринимающий сигналы от других нейронов, рецепторных клеток или непосредственно от внешних раздражителей. Проводит нервные импульсы к телу нейрона. Ср. Аксон … Большой Энциклопедический словарь

ДЕНДРИТ — ДЕНДРИТ, короткий разветвленный отросток нервной клетки (НЕЙРОНА). Он переносит импульсы внутрь клетки и передает импульсы другим нервным клеткам через короткие каналы, называемые СИНАПСАМИ. У одного нейрона может быть несколько дендритов … Научно-технический энциклопедический словарь

ДЕНДРИТ — [дэ], дендрита, муж. (от греч. dendron дерево). 1. Разветвляющийся отросток нервной клетки (анат.). 2. Кристаллическое образование древовидной формы (минер.). Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ДЕНДРИТ — муж., греч. природное суковатое изображенье на камне, похожее на деревцо. Агат с деревцом, Дендритовый, дендритный, деревцовый; с дендритами, к ним относящийся. Дендролит муж. окаменелое дерево, адамова кость. Дендрология жен. часть ботаники и… … Толковый словарь Даля

ДЕНДРИТ — (от греч. dendron дерево), короткий ветвящийся цитоплазматич. отросток нейрона (дл. до 700 мкм), проводящий нервные импульсы к телу нейрона (перикариону). От тела большинства нейронов отходит неск. Д., ветви к рых локализуются около него. Д. не… … Биологический энциклопедический словарь

дендрит — а, м. dendrite f. <гр. dendron дерево. 1. Полудрагоценный камень, чаще разновидность халцедона, сердолик, сардер, агат или янтарь, структура которых создает внутри узор, подобный изображению деревца с ветвями. Отшлифованные дендриты благодаря… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

дендрит — dendrite Dendrit мінеральний аґреґат (іноді кристал) деревоподібної форми. Утворюється з розчинів, пари або розплавів при швидкій кристалізації речовини в тріщинах, в’язкому середовищі тощо … Гірничий енциклопедичний словник

Дендриты в металлах это

Ликвация – это неоднородность отливки по составу.
В литых сплавах можно наблюдать кристаллы разного состава. В некоторых сплавах во время кристаллизации может возникнуть ликвация либо в микромасштабе (дендритная ликвация), либо в боль¬шем масштабе, таком как масштаб отливки или слитка (макроликвация).

Раньше на сайте уже была помещена статья о дендритах. Было сказано, что дендрит – это структура кристаллизации металла из расплава. Ну, а если вспомнить сведения из теории кристаллизации, то окажется, что 1-й и n-й кристаллы, кристаллизующиеся из жидкой фазы, могут иметь разный состав. Поэтому: дендритная ликвация является дефектом металла, возникающим при кристаллизации за счет разницы в составе кристаллов одной и той же фазы, кристаллизующихся в разные моменты времени.Процесс ликвации определяется как природой самого сплава, так и условиями кристаллизации. Дендритную ликвацию можно определить металлографически. Если различные участки структуры имеют разный состав, то при травлении они окрашиваются по-разному, что может быть видно при микроанализе.
Пример показан на рис.1 для сплава Al-5%Si, отлитого в «землю». Как и всякий силумин, этот сплав имеет дендритное строение. «Веточки» дендритов показаны на рис.1,а на изломе, при съемке в стереомикроскопе. Но это еще не ликвация. Дендриты, которые видны на рис.1,а, могут иметь и одинаковый химический состав. По стереоизобажению ничего сказать нельзя. А вот при микроанализе некоторые из «веточек» выделяются (рис.1,б , показано стрелками). Значит, они имеют другой состав.


а	б

Рисунок 1. Дендритная структура на изломе образца силумина Al-5%Si, стереомикроскоп (а) и дендритная ликвация в том же силумине, шлиф, оптический микроскоп (б); литье в землю.

Если диффузия растворенного вещества в твердом теле затруднена (рис. 2, а), то зародыши с содержанием растворен¬ного вещества Х_а растут путем прибавления концентрических слоев, которые все более обогащаются растворенным веществом на поверхности раздела (рис. 2, б). При температуре Т жидкость находится в равновесии с твердым телом S. Таким образом, концентрация внутри твердого тела меняется от Х₀ до X, а ее среднее значение равно X'.

Рисунок 2. Схема кристаллизации при затрудненной диффузии (Шредер А., Розе А. Металлография железа. ).

Такой вариант кристаллизации показан для сплава Al-Cu. На рис.3 показана структура этого сплава в литом состоянии, без какой-либо термической обработки. Белые участки – это участки дендритов, закристаллизовавшиеся первыми. В них можно различить дендритные оси 2-х порядков, состав их, конечно, может несколько отличаться, но по микроструктуре этого не видно. Кроме центральной белой можно выделить еще 2-3 зоны внутри каждого зерна по цвету. На увеличенной фотографии видно несколько лучше (рис.3,б). Кристаллизация шла вокруг первичного дендрита слоями. Всего визуально можно выделить 3 зоны (номера на рис. 3,б), плюс в границах (междендритное пространство) есть еще что-то.


а	б

Рисунок 3. Дендритная ликвация в сплаве Al-4%Cu.

Если диффузия растворенного вещества в твердом теле пол¬ная, то затвердевание сплава протекает по законам бинарных диаграмм состояния (рис.4.). Первые зародыши с содержанием раство¬ренного вещества Х₀ показаны схематически на рис. 4, б. Во время роста из них образуются кристаллы, обогащенные раство¬ренным веществом. Так как растворенное вещество быстро диффундирует по всему твердому телу, кристаллы всегда химически однородны и содержание в них растворенного вещества дается кривой солидуса S. При этом структура сплава более однородна и дендритной ликвации не видно (рис.5).

Рисунок 4. Схема кристаллизации при полной диффузии.

Рисунок 5. Структура силумина Al-5%Si; литье в кокиль

Микроликвация в стали 40ХН2МА показана на рис. 6. После литья сталь охлаждали достаточно быстро. В результате сформировались дендриты со структурой видманштетта (рис.6,а). В междендритных пространствах сконцентрировались примеси, в данном случае сульфиды (рис.6,б).


а	б

Рисунок 6. Ликвация в стали 40ХН2МА.

Чем плоха такая структура? После деформации, как правило, формируются волокна, вытянутые вдоль направления деформации (рис. 7,а). Этот дефект носит название полосчатость. Полосы разного цвета – это полосы разного состава. В процессе деформации между ними могут формироваться трещины (рис. 7,б).


а	б

Рисунок 7. Структура стали 40ХН2МА после осадки (а) и трещины, сформировавшиеся в процессе деформации.

Как бороться с ликвацией? Можно при помощи гомогенизирующего отжига. Ниже показана структура сплава после гомогенизации, закалки и старения. Ликвацию можно снизить (рис.8,а), а можно и практически убрать (рис.8,б). В последнем случае зерна сплава имеют несколько разный цвет. Это уже не ликвация. Зерна по-разному ориентированы в пространстве, и, следовательно, окрашиваются травящим реактивом по-разному. Выделения по телу зерна – упрочняющая фаза состава CuAl₂.


а	б

Рисунок 8. Структура сплава Al-4%Cu после закалки по различным режимам и старения.

дендритная структура

Структура — [structure] собирательное название характеристик макро и микростроения вещества. В металловедении под структурой понимают особенности строения металлов и сплавов, характеризующих природу (состав), морфологию и расположение разных фаз, а также их… … Энциклопедический словарь по металлургии

наследственная структура — [hereditary structure] структура стали или сплава, формирующаяся в результате эффекта структурной наследственности; например, при повторном нагреве стали размер, форма и кристаллографическое ориентирвоание вновь образованных зерен аустенита могут … Энциклопедический словарь по металлургии

мозаичная структура — [mosaic structure] структура кристаллитов, сосоящая из некоторого числа правильного кристаллического строения приблизительно параллельных блоков. Понятие мозаичная структура было введено для объяснения размытости линий рентгеновского отражения. В … Энциклопедический словарь по металлургии

модулированная структура — [modulated structure] микроструктура некоторых сплавов, для которой характерно закономерное пространственное расположение когерентных выделений на определенном расстоянии одно от другого, называемое периодом модуляции. Модулированная структура… … Энциклопедический словарь по металлургии

видманштеттова структура — [Widmanstatten structure] особая структура доэвтектоидной стали, в которой феррит расположен по границам перлитных зерен, образуя сплошную или прерывную сетку с иглами, отходящими от нее внутрь перлитных зерен; возникает при перегреве в процессе… … Энциклопедический словарь по металлургии

ячеистая структура — [cellular structure] субструктура металла или сплава, характеризующаяся внутризеренной областью размером от 0,5 до 2,0 мкм с низкой плотностью дефектов, разделенными широкой границей из дислокационных сплетений; образуется при холодной… … Энциклопедический словарь по металлургии

пластинчатая структура — [bladed (plate like, platelet) structure] микроструктура двухфазных сплавов с кристаллами (одной или обеих фаз) в форме пластин (см., например, Перлит); Смотри также: Структура ячеистая структура наследственная структура … Энциклопедический словарь по металлургии

магнитная структура — [magnetic structure] периодическое пространственое расположение и ориентование магнитных моментов в магнитоупорядоченных кристаллах ферастворо , ферри и антиферромагнетиков; Смотри также: Структура ячеистая структура пластинчатая структура… … Энциклопедический словарь по металлургии

литая структура — [(as )cast structure] микро и макроструктура металла или сплава, сформированная при кристаллизации из жидкой фазы; характеризуется у слитков и отливок поверхностным слоем из мелких кристаллов, центральной зоной из равноосных разориентированных… … Энциклопедический словарь по металлургии

игольчатая структура — [acicular (needle like) structure] микроструктура металла или сплава, в которой кристаллы имеют вытянутую в одном направлении игольчатую форму (см., например, Бе и ни т, Мартенсит); Смотри также: Структура ячеистая структура пластинчатая… … Энциклопедический словарь по металлургии

ДЕНДРИТ [dentdrite] - кристалл древовидной формы, состоящий из ствола (ось нулевого порядка), от которого идут ветви (оси второго и последующих порядков). Дендритный рост кристаллов реализуется в большинстве случаев, например, при литье слитков и отливок. Впервые дендритные кристаллы в стальных слитках были выявлены и подробно описаны в 1870-1880 г. Д. К. Черновым. При дендритной кристаллизации зародыши развиваются с разными скоростями в разных кристаллографических направлениях. Например, максимальный рост кристаллита металлов и сплавов с кубической решеткой происходит в трех взаимно перпендикулярных направлениях, соответствующим октаэдрическим осям. В результате образуются ветви - оси дендрита 1-го порядка, расходящиеся от центра кристаллизации под определенными углами. При дальнейшем развитии кристаллизации от осей 1-го порядка под определенным углом к ним начинают расти поперечные ветви - оси 2-го порядка, а от них - оси 3-го порядка и т. д. В металлическом расплаве формируется остов древовидной формы будущего кристаллита. Остающаяся часть расплава междуду дендритными ветвями кристаллизуется, постепенно наслаиваясь на ветви. Размеры дендритных ветвей зависят только от одного фактора - скорости охлаждения в интервале температур кристаллизации (см. Кристаллизация). Закристаллизовавшийся дендрит - литое зерно, выросшее из одного зародышевого центра, с той же кристаллографической ориентировкой. Соседние ветви дендритов могут быть разориентированы на несколько градусов, из-за их изгибов и смещения при кристаллизации. Дендритное строение литых зерен металлов и в особенности сплавов хорошо выявляется при травлении микрошлифов и просмотре их с помощью светового микроскопа.

(от греческого dendron - дерево) - кристалл древовидной, ветвистой формы. Дендриты характерны для литейных сталей и других металлов и сплавов.

Металлургический словарь . 2003 .

Читайте также: