11.3 Структура металу шва та біляшовної зони

Будова зони термічного впливу (ЗТВ) показана на рисунку 11.8.

Ділянка 1 – 6 має назву зони термічного впливу. Це небезпечна зона зварного з’єднання, тому що у багатьох випадках механічні характеристики в ній нижче, ніж у зварному шві. Ділянка 1 – 2 має назву ділянки неповного розплавлення основного металу.

Ділянка 2 – 3 — ділянка перегріву, характеризується збільшеним (по відношенню до основного металу) розміром зерна. Це найбільш небезпечна ділянка ЗТВ. Ділянка 3 – 4 має назву ділянки нормалізації або ділянки мілкого зерна (ділянка покращення), тому що механічні характеристики на ній можуть бути вище, ніж у основному металі. Ділянка 4 – 5 — ділянка неповної перекристалізації, на якій утворюється нерівноважна структура з деформованих зерен. Ділянка 5 – 6 — ділянка рекристалізації. Ділянка 6 - 7 — ділянка синьоламкості (температура менше 500 °С), де відбувається пониження пластичності металу.

11.4 Вторинна кристалізація

Це зміна кристалічної структури металу, що знаходиться у твердому стані. До вторинної кристалізації здатні метали, у яких проходять полиморфні перетворення (для сталі при охолодженні перетворюється у ).

11.5 Хімічна неоднорідність металу

Існують два види кристалізації:

1) рівноважна;

2) нерівноважна.

Рівноважна кристалізація виникає коли вільна енергія старої фази дорівнює вільній енергії нової фази. Відомо, що будь-який процес самовільно може йти в тому випадку, якщо вільна енергія старої фази більша ніж вільна енергії нової фази. У дійсності, цей процес починається при температурах нижче рівноважної і відбувається у деякому інтервалі температур, що веде до нерівномірного розподілення хімічних елементів по об’єму металу. На практиці має місце нерівноважна кристалізація.

Нерівномірне розподілення хімічних елементів по об’єму металу має назву ліквації. До неї більш схильні сплави. Це пояснюється тим, що сплави кристалізуються у відносно великому інтервалі температур, а так як температури на початку та кінці кристалізації різні, то має місце неоднакове розподілення елементів по об’єму. Чим ширше цей інтервал, тим більша ліквація. Найбільш схильні до ліквації такі елементи: O₂, S, P, C. Розрізняють зональну ліквацію (це ліквація по всьому об’єму або окремим його ділянкам), та дендритну (ліквація у межах зерна або просторі між зернами).

11.6 Ліквація металу шва

Хімічна неоднорідність металу шва може бути двох видів:

1. Макроскопічна — нерівномірне розподілення хімічних елементів по довжині зварного шва або на окремих його ділянках. Пояснюється коливаннями хімічного складу основного та зварювальних матеріалів, нестабільністю режимів зварювання.

2. Мікроскопічна — нерівномірне розподілення легуючих елементів та домішок у межах зерна (нерівномірне розподілення C, P, S, O₂). Зміна у розподілі вуглецю може протікати у таких напрямках:

— вирівнювання початкового складу;

— виникнення легованих карбідів у зоні найбільшої концентрації вуглецю;

— посилення нерівномірності розподілення вуглецю у наслідку реактивної дифузії.

Чим вища концентрація вуглецю, тим вища нерівномірність розподілення S, P. Чим менше зерно, тим менша ліквація. Для зменшення розміру зерна (зменшення ліквації), а також запобігання стовпчастої структури використовують наступні засоби:

— підвищують швидкість охолодження;

— у зварювальну ванну вводять поверхнево-активні та тугоплавкі елементи, які є додатковими центрами кристалізації;

— збудження механічних та ультразвукових коливань у зварювальній ванні;

— утворення високотемпературних та надлишкових фаз типу твердих розчинів та евтектик.