где anr2 = 5м_г и bnr2 = Sm_r — площадь контакта зародыша с металлом и шлаком соответственно; слг2 = 5М—ш — исчезнувшая площадь контакта между металлом и шлаком; а, Ь, с — коэффициенты, постоянные для каждого конкретного случая, причем а + Ъ = 4, так как общая поверхность сферы равна 4лг2, с = г\1гг = cos2 а.

При условии, что зародыш образуется одним газом и химические потенциалы его в шлаке и в металле равны, величины гКр и AGmax можно найти из следующих выражений [178]:

(оом_г + *аш_г-сам_ш) VM

г«р =-штпт;-' IV-26)

Гоа 4- 6а — са I3 Р3 ДСтах = 31Угет - 0,523 -г ^^у-1" " , (1У.27)

где 1Угет — работа образования зародыша новой фазы в гетерогенной среде, определяемая из уравнения [45],

^гет = ~д~ (5м-_гом—г 4" 5ш_гош_г — 5м_шом_ш); (IV.28)

хх — суммарная молярная доля газа в металле и шлаке.

Из уравнений (IV.26) и (IV.27) следует, что интенсивность образования газовых зародышей на границе между металлом и шлаком определяется поверхностными свойствами металла, шлака и величиной межфазного натяжения, которые зависят от состава металла и шлака [69], а также величиной хх, т. е. содержанием компонента в расплавах металла и шлака. Причем с повышением концентрации газа в металле и шлаке уменьшается критический радиус зародыша и увеличивается интенсивность появления зародышей.

Если принять ом_г - 1200 мДж/м2, ош—г = 300 мДж/м2, Ом-ш = 900 мДж'м2, Ушл/Ум = о„_г/ош-г, то получим, что /'крМ//'крТ = 3,2, т. е. при образовании зародыша на границе расплавленные металл — шлак величина критического газового зародыша гораздо меньше, чем в случае его возникновения в гомогенной среде при той же степени пересыщения.

Однако, кроме расплавленных включений, в сварочной ванне могут находиться и твердые неметаллические включения, наличие которых также влияет на процесс порообразования 19, 113]. С целью выяснения механизма влияния твердых неметаллических включений рассмотрим образование газовых зародышей при наличии твердых включений в расплавленном металле и оценим влияние различных факторов на этот процесс.

Очевидно, что образование газовых зародышей, их форма и размеры будут зависеть от размера неметаллических включений и от смачиваемости включений расплавом. При этом возможны следующих три случая:

1)неметаллическое включение меньше критического газового зародыша и является центром для его образования (рис. 43, а);

2)неметаллическое включение больше критического зародыша и плохо смачивается расплавом, вследствие чего газовый зародыш образуется на нем в виде линзы (рис. 43, б);

3)неметаллическое включение больше критического зародыша, хорошо смачивается расплавом, вследствие чего газовый зародыш имеет форму, близкую к сферической (рис. 43, в).

Из рассмотрения особенностей образования газовых зародышей на границе расплав — твердое неметаллическое включение были получены выражения для критических радиусов таких зародышей для первого, второго и третьего случаев соответственно [72]:

2ТМ_Г (I +С05— | V,

Рис. 43. Схемы образования газовых зародышей на мелких (а), на крупном, плохо смачиваемом металлом (б) и на крупном, хорошо смачиваемом металлом (в) твердых неметаллических включениях.

RT 1

~2?

2aM_rVM [cos2 (6 — 90°) cos 6 + 2 — 2 sin (6 — 90°)] RT [2 — 3 sin (0 — 90°) + sin3 (6 — 90°)] In C/Cs

2aM_rPM [2+2 sin (90° — 0) + cos2 (90° — 6) cos 6] RT\2 + 3 sin (90- — ttj — sin3 (90J — 6)] In C/Cs

(IV.29) (IV. 30)

где Рм — молярный объем выделившегося газа; 8 — краевой угол смачивания включения расплавом; —газовая постоянная; г — отношение радиуса газового зародыша г к радиусу неметаллического включения гв.

Поскольку с уменьшением величины Гкр образование новой фазы облегчается, рассмотрим, как влияют отдельные факторы на критический радиус зародыша. Результаты решения уравнения (1У.29) при ом_г = 1000 мДж'м2, Т = 1803 К, Уи = 22,4137 • 10~3м3/моль, # = 8,314 Дж/(моль • К) представлены на рис. 44 и 45. Как видно, чем хуже смачивает рас-