Межкристаллитная, или межзе-ренная, ликвация характеризуется скоплением примеси у межзеренных границ и проявляется в случае концентрационного переохлаждения.

Введение охлаждающей присадки создает в ванне зону термического переохлаждения и способствует получению объемной схемы кристаллизации.

Таким образом, зависимость скорости образования зародышей от степени переохлаждения будет иметь максимум.

При этом максимум скорости линейного роста сдвинут в сторону меньших переохлаждений по сравнению с максимумом скорости образования зародышей.

Кинетика фазовых превращений при различных степенях переохлаждения описывается изотермической диаграммой превращения, называемой также С-образной диаграммой превращения (рис.

В результате превращение протекает в диапазоне непрерывно изменяющихся температур при большей степени переохлаждения или перегрева, чем изотермическое превращение.

Кинетика (слева) и скорость (справа) изотермического фазового превращения диффузионного типа зависимости от степени переохлаждения: 7°( — температура превращения; Осч — инкубационный период; а,6, — время превращения; / — переохлаждение; II — перегрев wWA \w" \ \ \

При ускоренном охлаждении и больших степенях переохлаждения вместо стабильной фазы 6 часто образуется метастабиль-ная фаза 6', содержащая обычно меньше растворенного компонента, чем в стабильной (см.

При высоких (закалочных) скоростях охлаждения и степенях переохлаждения в некоторых сплавах типа твердых растворов замещения (алюминиевых, медных, никелевых и др.

При больших степенях переохлаждения распад твердого раствора может продолжаться длительное время, иногда месяцами и даже годами.

Оно представляет собой превращение диффузионного типа и начинается при некотором переохлаждении ниже Лгз- Зародыши ферритной фазы возникают на границах аустенитных зерен (нормальный механизм превращения).

Превращение бездиффузионно и происходит при переохлаждении аустенита до температур, при которых диффузионные перемещения атомов железа практически прекращаются, а углерода существенно замедляются.

Пайка 15, 16, 18 Паули принцип 31 Перенос заряда 34 — — металла 87, 90 Переохлаждение концентрационное 435,

Она может быть как несколько ниже Ты вследствие кристаллизационного переохлаждения, так и выше при больших скоростях движения жидкого металла вдоль твердой границы.

Сплавы силикатов и алюмосиликатов обладают способностью к переохлаждению и образованию стекловидных шлаков, а это обстоятельство осложняет задачу экспериментального исследования.

Ионные растворы, содержащие боль-шое количество ионов типа SixOjp, или кости «длинных» (/) и SiOa, склонного к полимеризации (тетра-«коротких» (2, 3) шлаков эдры [5Ю4]4~), обладают повышенной вязкостью при высоких температурах и медленно меняют ее в процессе затвердевания, сопровождающегося значительным переохлаждением.

при переохлаждении.

Степенью переохлаждения ДГ называют разность между теоретической и фактической температурами кристаллизации.

Переохлаждение в чистых металлах называется термиче- F ским, в сплавах, где температура Гпл уменьшается с повышением концентрации примеси, — концентрационным.

Однако с увеличением переохлаждения процесс диффузии будет тормозиться, замедляя подход новых атомов из жидкости к кристаллу.

Схема образования плостов в сварочной ванне кого зародышапоэтому критическое состояние достигается при различных значениях переохлаждения.

Из сравнения энергетических условий образования трехмерных (гомогенное зарождение) и двумерных (гетерогенное зарождение) зародышей видно, что для образования плоского зародыша критического радиуса требуются меньшее переохлаждение и меньшая флуктуация свободной энергии, чем при гомогенной кристаллизации.

к ЧИСЛО ЦбНТрОВ КрИСТаЛЛИЗЭЦИИ, ТО (кривая /) и числа центров при малом переохлаждении возника-кристаллизации п (кривая 2) ет крупнозернистая структура.

Большинство применяемых в промышленности металлов содержит достаточное количество нерастворимых примесей и гетерогенное зарождение центров кристаллизации в их расплавах происходит при переохлаждениях 1.

происходит беззародышевый рост кристалла, требующий очень малого переохлаждения (десятые доли кельвина).

При отсутствии переохлаждения появившийся выступ оказывается в зоне с температурой выше Т„л, что приводит к уменьшению скорости кристаллизации.

При наличии термического переохлаждения ДГ (рис.

9) выступы, образовавшиеся на межфазной поверхности, попадают в зону переохлаждения.

При умеренном переохлаждении образование зародыша в сплаве происходит в условиях установления равновесной разности концентраций примеси в твердой и жидкой фазах (в соответствии с диаграммой состояния).

При значительном переохлаждении (очень большие скорости охлаждения) механизм кристаллизации сплава иной.

Переохлаждение, связанное с перераспределением примесей, принято называть концентрационным переохлаждением.

При этом возникает область концентрационного переохлаждения ЛГ (рис.

Фактическая температура 3 расплава, зависящая от сложившихся температурных условий кристаллизации, может быть ниже равновесной температуры 2, что вызывает переохлаждение 4 и обеспечивает возможность кристаллизации.

Концентрационное переохлаждение 4 характеризуется протяженностью зоны Ь, максимальным значением А7"тах и расстоянием m от фронта кристаллизации до участка максимального переохлаждения и возрастает с понижением градиента фактических температур grad Тф = дТф/дх, а также с увеличением концентрации примеси перед фронтом кристаллизации.

рационное переохлаждение метал- ЦИОнного переохлаждения (/ — ла шва определяется режимом твердая фаза, // — расплав) сварки (градиентом температур и скоростью кристаллизации, зависящей от скорости сварки), условиями теплоотвода из сварочной ванны, составом сплава и его теплофизическими свойствами.

Влияние градиента температур и скорости кристаллизации на концентрационное переохлаждение обобщает критерий концентрационного переохлаждения

Тип первичной микроструктуры сплава зависит от формы роста кристаллов, определяемой видом фронта кристаллизации и характером концентрационного переохлаждения перед этим фронтом.

Рассмотрим три возможных случая кристаллизации сплава при различной протяженности зоны концентрационного переохлаждения Ь\, Ь2 и Ьз (рис.

11), вызванной различными распределениями температуры в жидкой фазе Тф\, Гфа Т$3 (критерии концентрационного переохлаждения соответственно Фь d>2, Фз).

При малой протяженности зоны концентрационного переохлаждения Ь\ Ф\ > > ACo/k.

При средней протяженности зоны концентрационного переохлаждения Ь2, когда Фа « ACo/k, образуется ячеисто-дендритная

Влияние градиента температуры перед фронтом кристаллизации на концентрационное переохлаждение

Если протяженность зоны концентрационного переохлаждения Ьз достаточно велика и переохлаждение больше некоторой критической величины, при которой еще происходит образование ячеистой структуры, то на всех ячейках начинают образовываться ветви и они превращаются в дендриты.

Скопление примесей и концентрационное переохлаждение приводят к образованию ячеек на ветвях дендритов.

С увеличением переохлаждения размеры дендритов и их разветвленность возрастают.

Оценка параметров концентрационного переохлаждения, распределений температурных градиентов и скорости кристаллизации в различных зонах шва необходимы для определения типа образующейся первичной структуры.

Все эти структуры в шве можно не только получить, но и управлять их развитием, изменяя условия роста, как это следует из теории концентрационного переохлаждения.

На тип структуры шва большое влияние оказывает концентрационное переохлаждение.

Это влияние можно оценить, рассматривая длину зоны переохлаждения Ь, максимальное переохлаждение АГтах и расстояние m от фронта кристаллизации до зоны максимального переохлаждения (см.

при кристаллизации почти чистых металлов в отсутствие концентрационного переохлаждения происходит плоская кристаллизация.

Такой тип структуры существует вблизи зоны сплавления, так как здесь концентрационное переохлаждение равно нулю.

При небольшом концентрационном переохлаждении (малых Со, т, Ь) и большом grad Гф получается ячеистая структура.

В случае значительного концентрационного переохлаждения (большие значения Со, т, Ь) для роста выступов фронта кристаллизации в ванне создаются благоприятные условия.

Полиэдрическая структура образуется при большой протяженности Ь, очень больших значениях m и малом grad T^ В этих условиях перед фронтом кристаллизации в зоне максимального переохлаждения возможно самостоятельное зарождение центров кристаллизации, образование кристаллов, их развитие и встречный рост в направлении растущих кристаллитов движущегося фронта кристаллизации.

Обобщенная зависимость типа структуры от содержания примеси С и значения критерия концентрационного переохлаждения Ф представлена на рис.

Ячеис-то-дендритная структура обра-Ячеистая зуется при значительном содержании примесей и существенном уда---------------— лении зоны, максимального концентрационного переохлаждения

Зависимость типа струк- от фронта кристаллизации, туры от содержания примеси и На тип первичной структуры критерия концентрационного пере- r s-jjr охлаждения оказывают влияние способ и режим сварки, так как в зависимости от химического состава стали, способа и режима ее сварки рассмотренные выше особенности кристаллизации, эффекты концентрационного переохлаждения могут быть разными.

При рассмотрении явления концентрационного переохлаждения уже указывалось на то, что состав кристаллизующейся твердой фазы будет отличен от состава исходного расплава.