27. Особенности кристаллизации металла сварочной ванны и формирования первичной структуры металла шва.
Кристаллизация- этот процесс перехода металла из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллов. В общем случае процесс затвердевания металла представляет собой, в общем случае, рост кристаллов путем присоединения отдельных атомов к поверхности уже существующего кристалла с определенной кристаллической решеткой. Атомы устанавливаются в более строгом закономерном порядке. Энергетическое состояние системы, имеющей огромное число охваченных тепловым движением частиц (атомы, молекулы), хар-ся термодинамической функцией. F=U-TS
F- свободная энергия, U- внутренняя энергия, T- абсолютная температура, S- энтропия (мера хаотичности движения атомов). Чем больше свободная энергия системы, тем она менее устойчивая и как только возникает какая-либо возможность- система переходит в состояние с меньшей свободной энергией.
С температуры металла его свободная энергия изменяется, но различно для жидкого и для твердого состояния. 1- изм. Свободной энергии для жидкого металла, 2- -//- -//- для твердого металла.
При температуре Т0 свободная энергия жидкого и твердого металлов равны, т.е. металл находится в равновесии. Т0 – равновесная или теоретическая температура кристаллизации. Температура, при которой начинается кристаллизация, считают фактической температурой кристаллизации. Охлажденная жидкость ниже равновесной температуры кристаллизации наз-т переохлаждением. Степень переохлаждения- разность между теор. и фактич. температурой кристаллизации. Чем больше скорость охлаждения, тем больше величина переохлаждения.
Для кристаллизации металла из жидкого состояния необходимо появление “зародышей“, и их рост за счет присоединения атомов контактируемой жидкости.
Зародыши могут быть : 1) отдельные группы атомов жидкого металла взаимно ориентированные в пространстве в более строгом закономерном порядке свойственном кристаллической решетке,
2) могут быть нерастворимые в металле тугоплавкие мелкодисперстные включения ( оксиды металлов, интерметаллидные соединения), 3) могут быть частично оплавленные зерна основного металла.
Скорость всего процесса кристаллизации определяется двумя величинами: 1) скоростью зарождения центров кристаллизации, 2) скоростью роста кристаллов.
Структура металла бывает первичной и вторичной. Под первичной понимают структуру металла, образующуюся в процессе первичной кристаллизации, т.е. при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Вторичная структура образуется в результате физико-химических процессов и структурных преобразований в твердом состоянии (перекристаллизация, рост зерна и т.д.).
Первичная кристаллизация сварочной ванны во всех видах дуговой сварки начинается от частично оплавленных зерен основного металла или кристаллов предыдущего слоя, при этом имеет рост столбчатых кристаллов. Каждый столбчатый кристалл, растущий от отдельного зерна зоны сплавления, представляет собой группу совместно растущих неполногранных дендритов со слаборазвитыми осями второго порядка.