Рис. 3.37. Поле концентраций водорода в твердом и жидком металле при ячеистом характере кристаллизации

творенного в сварочной ванне. На рис. 3.37 показано поле концентрации водорода в растущей ячейке и в межкристаллитной жидкости. При расчете приняты следующие значения параметров: 0$ = МО"-1 см2/с; = 1.6-10-3 см2/с; икр = 0,4 см/с; размер ячейки /=25 мкм; скорость охлаждения = 50 °С/с; массовая доля углерода 0,2 %.

Анализ расчетных данных показал следующее:

1)обогащение жидкого металла растворенным водородом локализуется главным образом в межкристаллитной жидкости; в жидкой фазе сварочной ванны наблюдается средняя концентрация газа;

2)в связи с высокой диффузионной подвижностью водорода в твердой фазе, неоднородность распределения водорода по сечению полностью затвердевшей ячейки незначительна.

Рост газового пузырька. Фактором, лимитирующим рост пузырька из первоначально образовавшихся зародышей, является процесс транспортировки растворенного в жидком металле газа к границе раздела газ—жидкость. Перенос растворенного газа в ме-

1,0 1,2 1,4 1,6 1.8

Рис. 3.38. Зависимость критического радиуса акр пузырька от относительной концентрации С азота (/) и водорода (2) в расплаве

талл осуществляется двумя способами: диффузией и конвекцией. В расчетах исходили из представлений о наличии вблизи фронта кристаллизации пограничного слоя жидкого металла, не участвующего в конвективном перемешивании основной массы металла сварочной ванны, и из предположения о том, что образовавшийся зародыш пузырька в течение некоторого времени растет в этом слое. Таким образом, было принято, что зародыш и растворившийся пузырек имеют сферическую форму. В первоначальных расчетах предполагалось, что площадь поверхности контакта пузырька, растущего на фронте кристаллизации с твердой фазой, значительно меньше, чем с жидкой. Кроме того, допускалось, что неоднородность диффузионного пересыщения впереди фронта кристаллизации невелика. Этим условиям в наибольшей степени соответствует дендритно-ячеистый характер кристаллизации.

Физическая модель и методика ее численной реализации на ЭВМ описаны в работе [22]. Зависимость критического радиуса пузырька от относительной концентрации газа в расплаве представлена на рис. 3.38. Как показали расчеты, в результате диффузии газа в пузырек в жидком металле образуется обедненный газом слой, движущийся вместе с пузырьком. Скорость роста пузырька зависит от концентрации газа в сварочной ванне впереди фронта кристаллизации. Максимальная скорость наблюдается в начальной стадии роста пузырька (рис. 3.39).

Скорость роста пузырька также зависит от поверхностного натяжения на границе металл—газ. При увеличении поверхност-