Метод направленной кристаллизации при отливке деталей из металлических сплавов заключается в зональном охлаждении и нагреве изделия с тем, чтобы кристаллизация (образование твердой структуры из жидкого расплава) шла требуемым образом. При этом образуются макрозерна, вытянутые вдоль вектора действия главных напряжений в отливке. Такая структура изделия позволяет уменьшить дефекты кристаллической структуры объекта и получить большую прочность и термостойкость.
Для получения данного эффекта производится ускоренное охлаждение одного конца отливки с поддержанием температуры выше точки кристаллизации на другом. При этом в охлаждаемой части кристаллизация идет ускоренно, а в нагреваемом — замедленно, что и обеспечивает рост кристаллических зерен в нужном направлении. Чаще всего методом литья с направленной кристаллизацией получают фасонные отливки. Классический пример — рабочие лопатки газовых турбин.
Нагреватель и охладитель являются основными частями оборудования для выплавления подобных изделий. При этом нагреватель окружает изложницу, а необходимое охлаждение обеспечивается расположением охладителя возле нижней части формы. Изложница выдвигается из нагревателя с определенной скоростью, что и обеспечивает рост кристаллов по заданному вектору.
С помощью направленной кристаллизации можно получить отливки:
- из жаропрочных сплавов (структура образуется дендритными столбчатыми зернами);
- монокристаллические;
- эвтектические комозитные (форму кристаллического строения задают нити или пластины упрочняющей фазы, растворенные в базовой).
При правильном соотношении роста различных зерен (равная скорость) образуется структура в виде параллельно расположенных нитей или пластин. Именно такая структура является оптимальным результатом литья методом направленной кристаллизации.
