А.%

Рис. 23. Участок диаграммы состояния для КоС1:

I — солидус; 2 — ликвидус.

П — легирующий или примесный элемент, когда коэффициент распределения К0 1 (Ко— отношение концентрации растворенного вещества П в твердой фазе к концентрации данного вещества в жидкости в равновесных условиях). Значения коэффициента распределения ряда элементов в алюминии приведены в табл. 18 [9], где Л„= = Св/СиСз и О. — в % ат.).

Коэффициенты распределения примесей при переохлаждениях вплоть до ДТ = = 100 °С практически не изменяются. При охлаждении сплава до температуры Т (рис. 23) первые выделения твердой фазы имеют концентрацию вещества П, равную Со/Со- Избыток вещества, равный С0 (1—Ло). накапливается у продвигающегося фронта кристаллизации (предполагается, что диффузия вещества П в твердом сплаве равна нулю, а в жидком она заторможена).В этом случае концентрация растворенного вещества в зоне, примыкающей к межфазной поверхности жидкость — твердая фаза, выше, чем в основной массе расплава. По мере увеличения концентрации растворенного вещества в жидкости температура ликвидус понижается (рис. 24).

На рис. 25 показано изменение температуры ликвидус и действительной температуры расплава на различных расстояниях от стенки формы и от межфазной границы, фактически отражающие кристаллизацию чистого металла и сплава. Наиболее переохлажденная жидкость — на чистейшем металле (термическое переохлаждение). Если не учитывать новое поступление тепла в ванну от источника нагрева, то это переохлаждение будет уменьшаться из-за выделения теплоты кристаллизации. Для сплава термическое переохлаждение дополнительно понижается в связи с ликвацией растворенного вещества по мере роста кристаллов (рис. 25, б).

Участок 4 на рис. 25, б соответствует концентрационной депрессии переохлаждения. Поэтому, по представлениям А. Оно, термическое переохлаждение в классическом понимании снижается в результате изменения состава жидкости, примыкающей к поверхности раздела жидкой и твердой фаз, а преимущественный рост получают микроучастки межфазной поверхности с наименьшей депрессией переохлаждения, т. е. с наибольшим его уровнем. В зависимости от величины этой депрессии, с повышением концентрйции растворенного вещества

Рис. 24. Распределение примеси в расплаве перед поверхностью раздела жидкой и твердой фаз (а) и равновесной температуры кристаллизации (б):

/ — равновесная температура кристаллизации; 2 — расстояние от межфэзной поверхности; 3 — межфаз-иая поверхность.

Рис. 25. Концентрационная депрессия переохлаждения расплава на различных расстояниях от стенки формы (а) и от межфазной поверхности (б):

1 — действительная температура; 2 — переохлаждение; 3 — равновесная температура кристаллизации; 4 — концентрационная депрессия Переохлаждения.

плоский фронт кристаллизации трансформируется в более радикальные морфологические разновидности, именуемые узлами, удлиненными узлами, двухразмерными ячейками, гексагональными ячейками и дендритами различной формы.

Характер изменения структуры шва на алюминии и его сплавах показан на рис. 20. Отчетливо виден последовательный переход от плоского фронта к ячеистому (с шестигранной структурой), ячеисто-дендритному, столбчато-дендритному и далее к равноосно-денритно-му. Так как трансформация структур затвердевания происходит в основном под влиянием ликвации растворенного вещества у фронта затвердевания, она определяется не только концентрацией растворенного вещества С0, но и скоростью кристаллизации. С учетом этого на оси абсцисс откладывается показатель 1/у (рис. 26). ^Некоторые авторы данный параметр выражают через К'ш или Я\Уи, где К — температурный градиент в расплаве у фронта кристаллизации.

В сварочной литературе распространено представление о том, что затвердевание металла шва всегда идет эпитаксиально, т. е. от готовых центров кристаллизации, какими служат оплавленные зерна металла. Однако это представление не объясняет ряда известных фак-тое. Так, структуры швов при одном и том же режиме сварки двух пластин одинакового состава, отличающихся только размером зерен, получаются практически идентичными. Только вблизи границы сплавления структура основного металла оказывает влияние на формирование структуры шва. Далее размеры кристаллита плавно изменяются вдоль его оси независимо от структуры исходного зерна основного металла. ■

При наблюдении за ростом кристаллитов в сварочной ванне в плане можно видеть, что в этом процессе конкурируют две тенденции: упомянутый эпитаксиальный рост в соответствии со структурой оплавленного зерна под-

Рис. 26. Условия перехода от плоского фронта роста к дендритному:

/ — плоский фроит; 2 — ячеистый; 3 — дрендритный+иче-истый; 4 — дендритный.