21) Явление полиморфизма при сварке

Многие металлы в зависимости от температуры могут существовать в разных кристаллических формах или, как их называют, в разных полиморфных модификациях. В результате полиморфного превращения атомы кристаллического тела, имеющие решетку одного типа, перестраиваются таким образом, что образуется кристаллическая решетка другого типа. Полиморфную модификацию, устойчивую при более низкой температуре, для большинства металлов принято обозначать α, а при более высокой – β, затем γ и т. д.

При полиморфном превращении кристаллы (зерна) новой полиморфной формы растут в результате неупорядоченных, взаимно связанных переходов атомов через границу фаз. Отрываясь от решетки исходной фазы (например, β), атомы по одиночке или группами присоединяются к решетке новой фазы (α), и, как следствие этого, граница зерна α-модификации передвигается в сторону зерна β-модификации, «поедая» исходную фазу. Зародыши новой модификации наиболее часто возникают на границах зерен исходных кристаллитов. Вновь образующиеся кристаллы закономерно ориентированы по отношению к кристаллам исходной модификации.

Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки.

Железо имеет две полиморфные модификации α и γ. Модификация α-железа существует при температурах ниже 910 °С и выше 1392 °С. В интервале температур 1392–1539 °С α-железо нередко обозначают как δ-железо.

Кристаллическая решетка α-железа – объемно центрированный куб с периодом решетки 0,28606 нм. До температуры 768 °С α-железо магнитно (ферромагнитно).

γ-железо существует при температуре 910–1392 °С; оно парамагнитно. Кристаллическая решетка γ-железа гранецентрированная кубческая (а = 0,3645 нм при 910 °С).

19) Процесс рекристаллизации и ее значение при сварке

Рекристаллизация — процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость рекристаллизации резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают три стадии рекристаллизации: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией, собирательную — неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается, и вторичную рекристаллизацию, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной рекристаллизации структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Термину собирательная рекристаллизации соответствует также термин нормальный (то есть обычный) рост зерна.

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты (в первую очередь уменьшает на несколько порядков плотность дислокаций), изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной рекристаллизации — за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной рекристаллизацией — за счёт уменьшения суммарной поверхности границ зёрен. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после рекристаллизации отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.

В сталях рекристаллизация сочетается со сфероидизацией цементита. Получаются круглые частицы цементита размером 0.5-2 мкм. Такая структура называется структурой сорбита отпуска. Термообработка, приводящая к ней: улучшение.

В металлургии часто используют простое правило для определения температуры рекристаллизации сплава: в качестве ее значения берут 0,4 от температуры плавления. Обычно такое приближения оказывается вполне достаточным.