Сплав представляет собой сложное вещество, полученное сплавлением двух или более элементов. Возможны и другие способы приготовления сплавов – спекание, электролиз, возгонка и др.
Однородные составные части сплава, имеющие одинаковый состав, одно и то же агрегатное состояние и отделяющееся от остальных частей поверхностями раздела, называются фазами. Совокупность фаз, находящихся в состоянии равновесия, называется системой. Система называется равновесной, если в ней процессы превращения совершаются обратимо, т. е. когда процессы при изменении системы в одном направлении в точности возмещаются процессами, происходящими при изменении системы в обратном направлении. Системы могут быть однокомпонентными и многокомпонентными.
При модифицировании алюминиевых сплавов в качестве модификаторов первой группы применяют титан, ванадий, цирконий; при модифицировании магниевых сплавов – магнезит, мел, карбиды алюминия и кальция; при модифицировании стали – алюминий, ванадий, титан.
Модификаторы второй группы (поверхностно активные вещества) находятся в расплаве в атомарной смеси с затвердевающим металлом. При затвердевании на поверхностях растущего кристалла осаждается тонкий слой модификатора, что приводит к уменьшению поверхностной энергии. К числу поверхностно активных модификаторов относится бор (для железных и никелевых сплавов) и магний (для серого чугуна).
Стенки формы играют ту же роль, что и включения. Процесс кристаллизации обычно начинается от стенок формы и распространяется в глубь расплавленной массы металла.
При затвердевании металлов правильная кристаллографическая огранка возникающих кристаллов наблюдается очень редко. В большинстве случаев приходится наблюдать так называемый дендритный характер роста кристаллов, когда кристаллы развиваются преимущественно в каких-то определенных направлениях, создавая своеобразный скелет или ветви из затвердевшего металла. При дендритной кристаллизации рост возникающих зародышей происходит неравномерно во все стороны. Наибольшая скорость роста наблюдается только в определенных направлениях, зависящих от направления теплоотвода и кристаллической структуры данного металла.
В местах стыков ветвей друг с другом и в местах соприкосновения растущих соседних дендритов скапливаются примеси, всегда имеющиеся в техническом металле. Кроме того, в междуосных пространствах и на границах дендритов образуются микроскопические усадочные раковины или поры. Эти поры и посторонние примеси могут привести к понижению прочности отливки. Более крупные поры значительно снижают механические свойства металла не только в литом, но и в пластически деформированном состоянии, так как они не свариваются (как микроскопические поры) при горячей обработке слитков.
Дендритная структура является характерной для металлических слитков. Структура слитка, определяемая различной скоростью охлаждения, состоит из трех основных зон: мелкокристаллической поверхностной зоны, зоны – столбчатых кристаллов и зоны равноосных кристаллов, расположенных в центре слитка. Химический состав отдельных зон слитка несколько отличается от состава жидкого сплава.
