Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 77
Текст из файла (страница 77)
12.23). В зоне патна дуги и линии оплавления (1 — начальный участок кристаллита) имеют место пнтенснвные конвектнвные потоки, которые ослабевают в хвостовой частп ванны (П— средний и РП вЂ” конечный участкц кристаллита). Рис,!2.24. Распределение примеси по длнне оси кристаялптов 1, (1, В и Ш вЂ” начальный, средний и конечный участки кристаялтпа): ! — по»поп перемеотпвяппе рвопяявя (Гтяпп» Сод ); 2 - отеутствпе перемеотпвяппя (С,„оп о С~2); 3 — крпетвляпмпня прп сварке (Гтвпт, > Сод); 4- рямяпм спея ярпстяяпнтвппя (Стопе т я) Характер распределения примеси по длине кристаллитов в соответсгвип с рассмотренными вариантами 1, 2, 3 условий кристаллизации показан на рнс.
! 2.24. Кристаллизация в реальных условиях протекает прерывцсто вследствие периодического образования концентрационного уплотнения, выделения скрытой теплоты кристаллизации, а также из-за колебаний параметров режима сварки. Прн этом необходимо помимо средней скорости рассматривать мгновенные скорости кристаллизации. Для прерывистого процесса кристаллизацип характерно появление определенной периодичности в распределении прнмесных элементов по длине кристаллнта, обусловленной мгновенными скоростями. В момент замедления, а затем и остановки процесса кристаллизации диффузия примеси в жидкую и твердую фазы начинает играть существенную роль в выравнивании составов как внутри однородных фаз„так и между твердой и жидкой фазами.
При возобновлении роста кристаллита н соответственно увеличения скорости кристаллизации происходит <тзахват» твердой фазой примеси в концентрационном уплотнения. Колнчеспю примеси в твердой фазе на фронте кристаллизации определяется следующей зависимостью: где lт — коэффициент распределения; ()„, - коэффициент диффузии примеси в расплаве; г~| — мгновенные скорости движения межфазной границы (роста крнсталлита). Из рис, 12.25, а и формулы (12А4) следует, что в момент остановки процесса затвердевания (о1 > пз) твердая фаза обедняется примесью (-ЛСтп).
Возобновление процесса крпсталлнзацнн (г~з > гт~") прнводтгг к повышению содержания примеси во вновь образующихся кристаллитах (+ЛСтп). С; о Рис. 12.26. Характер распределения внутрнкристаддитной МХИ (Стя е я ЛС); и зависимости от мгновенной скорости кристаллизации (а); регу- лярная (6) и нерегулярная (е) слоистая МХИ: тэм, и,' и т:,' — средняя и мгнояеиные скорости кристаллизации; д д 3 - участки. имеющие соотяетстаенно исходное содержание Со и иросяоакн, обедненные и обогащенные иримасыо Изменения т, могут быть регулярнымн, связанными с образованием концентрационного переохлаждения, а также нерегулярными, обусловленными колебаниями режима сварки, падением капель присалочного металла в ванну, механическими колебаниями сварнваемого изделия и т.
и. Регулярные изменения скорости кристаллизации повторяются периодически н являются причиной слоистости сварного шва, выявляемой на поверхности шлифов после травления. При нерегулярных изменениях скорости кристаллизации на поверхности шва, как правило, появляются также искажения его геометрической формы, наблюдаемые как чешуйчатость шва (рис. ! 2.25„6, и). Такая слонстость металла шва в нан- 602 большей степени проявляется вблизи границы сцлавления, при этом расстояние между слоями по мере приближения фронта кристаллизации к центру шва увеличивается. Для практики наибольший интерес представляет распределение примесей на последней стадии кристаллизации, так как именно оно определяет температуру неравновесного солидуса и такие важные технологические характеристики, как температурный интервал хрупкости и пластичность метыла шва в процессе кристаллизации.
В условиях кристаллизации при сварке, когда кристаллиты срастаются в центре шва своими вершинами, концентрация примеси может достигать больших значений: Стцк .> Межкристттдлитная МХН определяется как отношенпе концентраций примеси в пограничной зоне и в центре кристаллита (см. 4-5-6, рис. 12,22). При ячеистом нли дендритном тлпе кристаллизации в результате прямого и бокового роста кристаллнтов примесь в зоне концентрационного уплотнения Ь„оттесняется от вершины к подножью выступов н накапливается в межъячеистых или междендритных пространствах (рис. 12.26). Концентрацпя примеси в этих пространствах близка концентрации примесп в зоне концентрационного уплотнения Со%.
Меэсзерениая ЙХН проявляется в околошовной зоне, которая нагревается выше температуры неравновесного солидуса, что приводит к оплавлению границ зерен, примыкающих к линии сплавления (см. 7-8-9 на рис, 12.22). Избирательное оплавление гранпц зерен обусловлено более высокой концентрацией на них примесей и вследствие этого более низкой температурой плавления, чем температура плавления тела зерна. С момента оплавления границ зерен начинается процесс восходящей диффузии примесей из тел зерен в жидкие прослойки на их границах в соответствци с коэффициентом распределения. Максимальная концентрация на оплавленных границах (Сот) зависит от скорости диффузии примеси в твердом теле зерна (Ота) н времени пребывания границы в расплавленном состоянии (г>г ).
В условиях сварочного термического цикла С'„„, как правило, существенно меньше С,„. Неоднородность в зоне спдавдения обусловлена взаимодействием основного металла с расплавленным металлом сварочной ванны. Прн перемещении сварочной ванны ее периферийный уча- сток га (см.
г*О-П-г'2 на рцс. ! 2.22) в течение определенного промежутка времени г„находится в контакте с основным металлом. За врямя г„развивается лнквацнонный процесс диффузионного перераспределения примеси из твердой в жидкую фазу. Характер этого процесса аналогичен процессу, рассмотренному прп анализе межзеренной МХН. Концентрация примесц в прослойке шва вблизи линии сплавления зависит от скорости диффузии прнмесц в твердой фазе 22га и времени конгвкта га. Например, для механизированной сварки, если принять Iа = ! мм и гаа = 36 м/ч, то гаФаа =- Ю с.
В условиях сварочного термического цикла С„; как правило, существенно меньше Со%. Однако прн сварке углеродистых сталей возможно образование обезуглероженной прослойки в околошовной зоне вблизи липин оплавления. Рис. а2.2$. Схема процесса образованна МХН прн ячеистом типе арисгжиязации (х„- зона концентрационного уплотнения): Г - напра«панна расга парта«ни ар«аталанта чаГиз а„; 2 — пап~\а« ление парами«ганна жил«пати, абогмианноя Г.", а иаиъачаистне иГюстианагаа После затвердеванпя последних цорцнй жпдкой фазы и завершения ликвационного перераспределения примесей образовавшаяся МХН будет, как правило, уменьшаться в процессе последующего охлаждения в результате выравнивающей диффузии. Зериограничиая МХН обусловлена различной плотностью дефектов в объемах н границах зерен, Концентрация примесных элементов по ентов по границам зерен (см.
!3-14-15 на рис. ) 2.22) даже у ь-„н таллнзованных сплавов всегда выше, чем в теле зерна. ясняется это тем, что границы зерен представлякгг собой области с сильно искаженной кристаллической решеткой и атомы примеси, сполагающнеся по границам зерен, вносят и систему существено меньшие искажения, чем это было бы прц их растворении и но и кристаллической решетке.
Это в равнои степени относится к рнмесям внедрения (углерод, бор, водород, азот) и к примесям замещения (алюминий, титан, ниобий). В результате длительной изотермической выдержки при темпе х гомогенизацни на границах и в телах зерен усганавлипературах м ваются равновесные концентрации, связанные соотн ошеиием О ,аг Сг д' ) -С„+АС,е"" где С„- концентрация примеси на границе зерна; ф— концентрация примеси в теле зерна; А — константа, учитывающая энтропию системы; Д вЂ” энергия активации диффузии, зависящая от разности энергий искажения решеток в телах зерен и на их границах.
Согласно теоретическим предсшвлениям равновесная концентрация С возрастает по мере снижения температуры (р ис. )2.27). трация В условиях нагрева нли охлаждения при сварке действительная (или неравновесиях) сегрегация на границах Сгн начинает развнвшъся при температурах выше температуры заметной диффузионной подвижности распюренного элемент» галф.
По мере повышения температуры г.н у С б дет возрастать вплоть до постижения С„р. Интенсивность изменений С„„и степень приближенна ее к Сир будут тем больше, чем больше коэффициент диффузии растворенного элемента и меньше скорости нагрева и охлаждения. Прн дальнейшем возшгстании температуры С„и может снижаться в согг в соответствиц с зависимостью Сгр от температуры, Начнется процесс «рассасывания» сегрегата на границах, т. е. процесс гомогенизацни. а 6 Рис. 12.27. Схема зв ра итна неравновесной сегрегации примесей на г(юницах зерен при нагреве (а) и охлаждении (б): Ск й) „-- равновелика конпентрнхна а мрне и на границах; Е",, С гк ~к' неравно границах соответственно ллх малой н боамиой скоростей нагрева; ~, — конпентрациа примесей на оплавленных границах; Г Т лнь гк.
тем. ффу н примеси н неравновесного соаиауса; Т' ",„,„- максимальнме температуры нагрева лн ° Виреризеренную МХН обычно связывают с наличием внутри интерметаллидов, неметаллических включений, сущест ествующнх в е ствии термического сваалле а состоянии поставки. Прп воздействии -.Ррах н остаться в зовременем нахождения при высоких темпера-.„" х) не термического влияния.
Кроме того, в процессе охл твердых аство в вел процессе охлаждения нз р ров вследствие уменьшения распюримости примесей могут выпадать вторичные фазы, которые приводят к увеличению внугрнзеренной МХН. Наиболее ятн веро ые места расположения этих включеннй— зоны упругого искажения кристаллических решеток н места скопвышенным уровнем потенциальной энергии. Сосредоточение в ннх примесей приводит к снижению внутренней энергии и повышению степени анно н равновесности.
Вокруг дефектов кристаллической решетки, в частности вокруг дислокаций об Котгрелла из распюренных атомов. разуются атмосфе ы ьер Определение МХН в локальных зонах может б с шеста ю им ожет ьпъ проведено у ующими методами микроспектральиого анализа. П (днам п етр втна анализа 1...4 мкм) глубина анал з ализа. ри этом анализируемого слоя составляет 1-3 периода кристаллической решетки. Иногда локальность такого анализа может оказаться недостаточной, например прн необходимости определения зернограничной МХН.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
