Этапы затвердевания сварочной ванны. Образование первичных кристаллитов. Первичная и вторичная структуры сварных соединений. Сварочная текстура и ее влияние на свойства сварных соединений.
Этапы затвердевания сварочной ванны.
Процесс перехода металла из жидкого состояния в твёрдое называется первичной кристаллизацией, а образовавшуюся при этом структуру – первичной структурой.
Затвердевание жидкого металла – рост кристаллитов, в результате присоединения к их поверхности отдельных атомов из окружающего расплава.
Кристаллит – кристалл неправильной формы.
Типы и этапы затвердевания.
Различают 3 типа затвердевания:
1.Нормальное затвердевание.
О
бъём
жидкой фазы и температура нагрева
непрерывно уменьшаются. Состав жидкой
и твёрдой фазы как правило одинаков.
Пример:
Затвердевание жидкой сварочной ванны
после выключения источника тепла.
2
.Направленное
затвердевание.
Объём жидкой фазы непрерывно уменьшается. Температура и тепло постоянны. Состав жидкой и твёрдой фазы различен. Пример: диффузионная сварка и пайка.
3.Зонное затвердевание.
Р
асплавляется
часть объёма металла (зона движется). С
одного конца плавление, с другого –
затвердевание. Состав жидкой и твёрдой
фазы одинаков. Объём жидкого металла и
температура остаются неизменными.
Затвердевание происходит в 3 этапа:
Переохлаждение расплава.
Образование центров кристаллизации.
Рост центров кристаллизации и образование кристаллов.
Образование первичных кристаллитов. Скорости затвердевания и кристаллизации.
О
бразование
первичных кристаллитов. Кристаллиты,
растущие на оплавленных зёрнах основного
металла, образуют первый фронт
затвердевания. Эти кристаллы называются
эпитаксиальными,
т.е. унаследованные, т.к. их ориентировка
в начале роста сохраняется такой же как
и у зёрен затравки. Рост таких кристаллитов
называется эпитаксиальным ростом.
Начиная расти в направлении, заданном зёрнами затравки, эпитаксиальные кристаллы стремятся продолжать свой рост в направлении максимального теплового потока. Это направление наиболее энергетически выгодное, т.к. по закону Фурье максимальный поток всегда направлен по нормали к изотерме, т.е. эпитаксиальные кристаллы будут расти ортогонально первому фронту затвердевания.
Максимальное переохлаждения создаётся на некотором расстоянии от фронта затвердевания. Если максимальное переохлаждение достигнет некоторого критического значения, то в этой зоне начинают образовываться гетерогенные зародыши. Кристаллы, растущие на этих зародышах, ориентированы произвольно в пространстве. Такие кристаллы называют автономными, а их рост – автономным ростом. Линия, ограничивающая область автономного роста, называется вторым фронтом затвердевания.
Скорости затвердевания и кристаллизации.
Скорость затвердевания Vз – скорость движения точек межфазной поверхности.
Скорость кристаллизации Vк – скорость роста эпитаксиальных кристаллов.
0 – угол между нормалью к фронту затвердевания и направлением скорости сварки;
- угол отклонения направления роста кристаллизации от ортогонального.
Точка A:
Если = 0, направление роста кристаллов совпадает с направлением затвердевания.
Vк = Vз
На линии сплавления 0 = 90.
Vк = 0 Vз = 0
Во всех остальных случаях Vк > Vз.
Точка В:
На оси шва 0 = 0
Vз = Vсв
Если > 0, но < 90, то Vк > Vсв.