отличаться повышенной концентрацией Ре, то наложение на систему внешнего электрического поля не должно заметно изменить условия их возникновения. При наличии в оксидной фазе значительного количества МпО прохождение тока через границу включение—металл также мало влияет на величину межфазного натяжения (рис. 28). Таким образом, в момент зарождения неметаллических включений прохождение тока через сварочную ванну, по-видимому, не должно оказывать существенного влияния на процесс их образования.

4. Укрупнение неметаллических включений в сварочной ванне

Поскольку размеры неметаллических включений влияют на скорость их удаления из расплавленного металла и в значительной мере — на механические характеристики сварного соединения, изучение процесса укрупнения неметаллических включений имеет важное значение.

Размеры зародышей неметаллических включений могут увеличиваться или в результате адсорбции ионов из расплава в связи с пересыщением, или вследствие объединения отдельных мелких включений, находящихся в расплавленном металле, при их столкновении. В первом случае скорость роста включения будет ограничиваться процессами диффузии реагентов к поверхности включений. Очевидно, что второй процесс будет преобладающим для оксидных включений, так как они образуются в тот момент, когда объем расплавленного металла еще велик и включения могут довольно свободно перемещаться.

Для сульфидных включений, которые образуются в момент, когда большая часть металла уже закристаллизовалась, по-видимому, более характерен первый механизм роста, так как при этом подвижность неметаллических включений и вероятность их столкновения очень малы. Однако и для оксидных включений диффузионный гост неметаллических включений будет иметь определенное мачение.

Рассмотрим оба процесса роста неметаллических включений. При понижении температуры в расплаве создается пересыщение в отношении образующейся неметаллической фазы, т. е.

1,А -2,0-1,5-1,0-0$ 0 0,51,01,5 Ц 'На металле*' На металле?

Рис. 28. Изменение величины межфазного натяжения в системе низкоуглеродистая сталь — шлак (60 % 5Ю2; 40 % МпО) под действием внешнего электрического поля.

qx с где сг — равновесное значение концентрации расплава на поверхности каждой частицы. Особенно заметное пересыщение должно возникать для сульфидной фазы, так как этому будет способствовать междендритная ликвация серы, наблюдающаяся в сварных швах.

Создание пересыщения приводит к появлению диффузионного потока примеси на частицу, что и обусловит рост отдельных частиц и возрастание общей массы включений.

Если принять, что форма растущей частицы и области изменения концентрации имеют вид сфер, и считать, что эта область настолько мала, что диффузионные области растущих частиц не перекрываются, то величину потока вещества нетрудно определить. Этот расчет упрощается еще больше, если считать, что поток реагентов к поверхности включения соответствует стехиометрическим уравнениям

a [Me] +Ь[0] = (Ме0Оь);

c[Me]+d[S] = (MecSd).

В этом случае соотношение между потоками отдельных элементов будет alm — Ыо', с/ме = dis- Следовательно, при изучении механизма роста включений можно рассматривать диффузию только одного элемента (например, кислорода для оксидных включений или серы для сульфидных включений). Для данных условий распределение концентрации в шарообразной ячейке запишется следующим образом [26]:

С-С,-(С-~С,)Г-,(III. 13)

где Соо — концентрация в объеме расплава; сг — концентрация на поверхности растущей частицы; гв — радиус включения; рс — радиус сферической ячейки.

В случае шаровой симметрии величина потока вещества

I = DSB -д^-, где SB — площадь поверхности растущей частицы; D — коэффициент диффузии примеси в расплаве.

Из (111.13) следует, что -|L = (C°°~Cf)fB, или при гв =

дС с^-с, Рс^р7=~^Г-- Тогда

/ = £5В С°° Сг .(111.14)

Для шара объем Уш = пг3в, а площадь5В = 4дгв. Тогда

с№шШгв = 4лгв, и, следовательно, й\ш -Зъйгъ; дйт1йх =