Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 73
Текст из файла (страница 73)
12.16. Кристаллизация сплавов в условиях концентрационного пс- РЕОХЛажДВННД (Х„», Х,з И Х„з — ЗОНЫ КОНЦЕНтРВЦНОННОГО ПЕРЕОХЛвжлсинв (а), соответствующие ячеистому (6), ячеисто-дендрнтному(в) н ленлрлтному (.) типам крнсталлизацнн): Т„- температура янквндусгс Т», Т,», Т» — дсйскм»тсяьнмс тсмпсрвтурм; О,— грвдн нтм, соствстствуиндис различным рвспрсдсяснням дсйспипсльнмх тсмс с псрвтур; Св — исходивя коинвигрввня при»»сси в сплввс; Сж — рвспрсдсдсиис прнмссн в жилкой фв»н у франта крнстм»як»воин; 6„- зона конпснтрвннонного уплотнения; йс — коэффнинснт рвспрсдсдсння примеси мс:кду твсрлой н»кидкой фвзвмн парных фронту кристаллизации, получается ячеистая микроструктура крнсталлнтов, а при развитии также н боковых осей второго порядка — дендритная (рис.
12.10). 578 Протяженность зоны концентрационного переохлаждения х„ определяется соотношением распределений Тд и Т„. Степень концентрационного переохлаждения характеризуют критерием (12.10а) где 6 — модуль градиента темпеРатУРы жидкости У фронт Р" стаяли цации. Тип образующейся при кристаллизации бинарных сплавов первичной микроструктуры (см. 12.10, б-д) определяется знаком соотношения: Скорость рекомбинации ионов и электронов в нейтральные частицы при их концентрациях пь и, и определяется коэффициентом рекомбинации Р по уравнению д. — а= — йпп . дг (2.29) Коэффициент рекомбинации Р тем больше, чем больше плотность частиц.
Он зависит также от сорта частиц, времени их жизни, от размеров ионов, от наличия близко расположенных тел (нейтральных атомов воздуха или охлаждающих стенок). Проводимость газового разрядного промежутка определяют прежде всего электроны как высокоскоростные частицы. Захват электронов атомами (прнлипание) и ионами в процессе рекомбинации можно в некоторых случаях рассматривать как обратимый процесс, а в других — как практически необратимый процесс.
НаО пример, процесс Ма + е~~!9а можно считать обратимым. Если же при сварке в состав покрытия электрода или флюса вводят плавиковый шпат СаР2, то в этом случае может происходить необратимый захват электрона фтором. Захват электронов с образованием тяжелых отрицательных ионов может осуществляться и другими атомами металлоидов, которые обладают довольно большим сродством к электрону (3...4 эВ). В дуговом разряде под флюсом из галогенов могут происходить, например, такие процессы: Г + е — Р + 3,94 эВ; О + е — О -ь 3,8 эВ; — ! -! С! + е - С! + 3 7 эВ; Н + е - Н + 0 76 эВ. Порядок значения сродства к электрону таков, что указанные процессы могут считаться обратимыми. Но быстрая рекомбинация образовавшихся отрицательных ионов и положительных ионов металлов в молекулы ()! велико) приводит к более интенсивной деиоиизацин разрядного промежутка. 2.2.11.
Излучение плазмы 58 Явление рекомбинации электрона и иона заключается в том, что свободный электрон, пролетая в поле иона, захватывается им и переходит в связанное состояние. При этом освобождается энергия, равная сумме кинетической энергии свободного электрона и его энергии связи. Например, если электрон с энергией а, захватывается протоном и в результате образуется нормальный атом водорода, то полный выигрыш энергии составит а, + 13,6 эВ (рис.
2.! 2). Заштрихованная область на диаграмме энергий соответствует свободным электронам. Их кинетическая энергия отсчитывается от линии нулевого уровня вверх. Нормальное состояние электрона, связанного в атоме водорода, соответствует отрицательной энергии 13,6 эВ. Напомним, что за нулевой уровень энергии Рис. 2.12. Схематиче- ское изображение возусловно принимается состояние, при ко- можных энергетнчестором связь между ядром и электроном р 'рвана и эги ча"ицы рмведены на комбинации элек,рона очень большое расстояние с нулевой ки- н про на (дна„амма нетической энергией. энергий) Освобождающаяся энергия может излучаться в виде фотона с энергией а + 13,6 эВ.
Возможен также ступенчатый переход, при котором атом сначала оказывается в одном из доступных возбужденных состояний, а затем перескакивает на нормальный уровень. Это изображено на правой стороне диаграммы. Тормозному излучению соответствует изменение энергетического состояния электрона в заштрихованной области (переход между точками А и В). Так как свободные электроны обладают непрерывным набором энергий, то фотоны, излучаемые в процессе рекомбинации, образуют сплошной спектр, на который накладывается линейчатый спектр возбужденных атомов, образующихся при ступенчатых переходах. 4 Для сварочных дуг, имеющих Т, = Т; < 10 К, излучение рекомбинации преобладает над тормозным излучением электронов и имеется преимущественно сплошной спектр с максимумом длин волн излучения в видимой и ультрафиолетовой областях оптического диапазона 0,3...1,0 мкм. Спектр сварочной дуги в парах металлов приближается к спектру солнечного излучения с небольшим сдвигом в сторону длинных волн (рис.
2.13). Сплошной спектр интегрально дает наибольшую часть излучения дуги. Однако интенсивность отдельных линий линейчатого спектра на фоне сплошного спектра значительно выше. По частоте (длине волны) и интенсивности определенных спектральных 59 > АСо Ф=— < 1:;е 580 58! ц "пр есн' "'о ффнц еи рас ред зе, „„ примеси в твердой и жидкой ф ент, зависящий от рода металла (для железоуглеродистых сплавов равен н !500). Если соотношение (12.106) справедливо при знаке н>», то образуется ячеистая первичная микроструктура; при знаке «<» — дендритная микроструктура; при знаке н=» — ячеисто-дендритная.
В многокомпонентных сплавах соотношение (12.106) может быть использовано для ориентировочнои оценки применительно к наиболее сильно ликвирующему элементу, т. е. имеющему наименьшее значение Ао. 12.5.2, Схема кристаллизации сварных швов Под схемой кристаллизации понимают форму осей кристаллцтов и значение угла срастаиця противоположно растущих кристаллнтов - угла 0 = 2а между касательными к этим осям (рис. 12.!!). Рнс 12.11.
Схема кристаллизации сварочной ванны: х„— ось крнсталлнта; к„— иътгерннческал поверхность крнствллитаннн; и — угол наклона оси кристаллнта а телкиной точке к оси шаа; 8 — угол срастание кристаллнтоа; о — скорость смнгки Ось кристаллнта хк — воображаемая линия, определяющая форму и направление границ кристаллитов.
Форма, ориентировка и размеры кристаллитов могут изменяться в широких пределах в зависимости от технологии сварки и оказывать существенное влияние на свойства металла шва. Направление роста кристаллига совпадает с направлением максимального теплоотвода, т.
е. с нормалью к изотермической поверхности кристаллизации хн. Следовательно, ось кристаллита представляет собой ортогональную траекторию к семейству изотермических поверхностей кристаллизации, соответствующих Тил или 7;,. Математическое описание оси кристаллита х„, при использовании соотношений для изотермических поверхностей кристаллизации хн, полученных методами теории тепловых процессов прн сварке, представляет определенные трудности.
Для инженерных расчетов изотермическую поверхность хн аппрокснмнруют уравнением эллипсоида с полуосями т"„Р, Н, которые соответствуют длине 1 затвердевающей хвостовой части сварочной ванны, половине ее ширины Р и глубине проплавленин Ь, В зависимости от схемы нагреваемого тела и типа источника теплоты изотермическая поверхность хн (рис. 12.12) может быть: !) зллипсондом с двумя равными полуосями (точечный источник на поверхности полубесконечного тела, Р = Н); 2) эллиптическим цилиндром (линейный источник по толщине тонкого листа, Н = б); 3) частью фиктивного (расчетного) эллипсоида (точечный источник на поверхности плоского слоя — толстого листа, р < Р, и < Н н 1 < (.), оси которого лежат выше поверхности толстого листа. В первом случае имеет место объемный процесс кристахлпзации н оси кристаллитов являются пространственными крнвымн (рис.
12.12, а), При этом поскольку поперечное сечение сварочной ванны является кругом (Р = Н), то форма осей всех кристаллитов аналогична форме кристаллитов на ее поверхности. Вершины всех кристаллитов выходят на продольную ось шва на его поверхности (линцю центров). Во втором случае имеет место плоский процесс кристаллизации (рис.
12.12, б), криволинейные оси кристаллитов располагаются в одной плоскости. Линия центров осей кристаллнтов совпадает с осью Ог. Форма кристаллитов идентична во всех сечениях по толшине листа. Последнее обстоятельство в обоих случаях позволяет вести экспериментальные и расчетные исследования процесса кристаллизации на поверхности сварочной ванны. В третьем, промежуточном случае характер процесса кристаллизации, форма и длина кристаллнтов изменяются по глубине сварочной ванны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
