Рис. 44. Зависимость изменения величины критического радиуса газового зародыша от значения краевого угла смачивания неметаллического включения расплавом:

/ — г = 1,1; 2 — г = 1,5; 3 — г = 2; 4 — гомогенное зарождение (С/С = 1,1).

плав неметаллическое включение, тем легче образуется газовый зародыш на поверхности включения одного и того же размера. Расчеты показали, что при С!С$ = 1,1 для всех рассматри-

значений 8

Z ^ 20,0 величина гкр гГ™, а при

Z = 5Q — гкр гКрМ, но различие это незначительно.

Из рис. 45 видно, что с увеличением степени пересыщения эффективность влияния неметаллических включений каждого размера на процесс образования пор возрастает.

Расчеты, проведенные по уравнениям (IV.30) и (IV.31) при тех же значениях а и Т, показали, что для всех 0 при образовании зародышей на крупных включениях их радиус остается равным радиусу зародыша, образовавшегося в гомогенной среде. Однако объем этих зародышей, а значит, необходимое количество молекул и работа их образования будут меньше, чем у зародышей, возникших в гомогенной среде (рис. 46).

0,8

m

2 4 Б С/С,30 ВО 90 120 в.град

Рис. 45. Зависимость изменения величины критического радиуса газового зародыша, образующегося на неметаллическом включении, от степени пересыщения металла газом:

/ — Я = 1.1; 2 — 2 = 1,5; 3 — г = 2; 4 — г = 3; 5 — гомогенное зарождение.

Рис. 46. Зависимость соотношения объемов газовых зародышей, образующихся на неметаллическом включении Угет и в гомогенной среде Угом, от величины краевого угла смачивания.

Таблица 13. Химический состав исследуемых металлов, % (по массе)

Анализ полученных выражений свидетельствует о том, что с улучшением степени смачиваемости расплавом твердой поверхности величина работы образования устойчивого газового зародыша на межфазной границе будет приближаться к величине работы образования зародыша в гомогенной среде. Поэтому на границе металл — растущий кристалл вероятность образования газовых зародышей будет невелика. К тому же, как показали работы [160, 214], степень пересыщения газом границы между твердым и расплавленным металлами невелика. Наблюдающееся на практике довольно частое расположение пор на границе сплавления объясняется, по-видимому, гидродинамическими особенностями сварочной ванны, возникающими при обтекании расплавом выступов кристалов, что приводит к застреванию пузырьков на их вершине и возможности кавитационного образования зародышей.

Поскольку образование газовых зародышей связано с величиной краевого угла смачивания, важно установить, как влияют различные факторы на величину 0. Было исследовано влияние температуры, состава металла и газовой фазы на степень смачиваемости твердых подложек из Al2Os, MgO и подложки, в состав которой, кроме MgO, входит еще 6 % FeO [181]. Металлической фазой являлись армко-железо и стали (табл. 13). В качестве газовой среды применяли газы N2, СО и Н2, вызывающие образование пор при сварке сталей, а также воздух, С02 и, для сравнения, аргон.

Значения краевого угла смачивания, замеренные после 15-минутной выдержки системы при заданной температуре, представлены в табл. 14. Как видно, для всех исследуемых систем 6 90°. Повышение содержания в металле углерода незначительно снижает угол смачивания. Точно также мало уменьшается величина краевого угла смачивания при увеличении содержания в металле кремния и марганца. Лишь при суммарном содержании в металле Ni, Сг и Мп около 34 % величина краевого угла смачивания уменьшилась по сравнению с армко-железом на 14 °.