В этих формулах а — поверхностная энергия; т, м, г — индексы, обозначающие соответствующую фазу (твердый металл, жидкий металл, газ); G — краевой угол смачивания.

Из используемых в выражениях (V.l) — (V.5) значений поверхностного натяжения сравнительно легко определить величину сгм_г. Зная величину сгм_г, значения- ат_г, ат_т и сгт_м можно найти по формулам. Так, ат_г определяется по уравнению [288]:

ат_г = ам_г (-g-) U-f ,

где рт и рм — плотность твердого и расплавленного металлов; у и X — теплота сублимации и испарения.

Величина ат_т, согласно данным Тэйлора [340], связана

с ат_г зависимостью ат_т = ат_г.

Для случая, когда кристаллы смачиваются собственным расплавом, можно, приняв ат_м = 204 мДж/м2 [277], подсчитав сгт_г и ат_т и задавшись величиной угла б, найти энергию образования зародышевой трещины при наличии и отсутствии расплава на границах зерен.

Расчеты, проведенные по формулам (V.l) — (V.5), свидетельствуют о том, что затраты энергии на разрушение значительно снижаются при наличии расплава на границах зерен и тем больше, чем меньше угол 6. Так, для низкоуглеродистой стали (0,09 % С) в случае, когда расплав и кристаллы имеют одинаковый состав, Ах = 2766 мДж/м2, А2 = 2305 мДж/м2, Аъ = 2558 мДж/м2, в то время как А3 = 408 мДж/м2, А4 = = 461 мДж/м2 при 6 = 120° и Л4 = 69 мДж/м2 при 0 = 60° [179]. Как видно, затраты энергии на транскристаллитное и меж-кристаллитное разрушение без участия расплава довольно близки. Однако если на границах зерен находится расплав, то при 6 120°межкристаллитное разрушение оказывается энергетически более выгодным, чем транскристаллитное.

При наличии в расплаве серы выделение сульфидов будет происходить в момент, близкий к концу кристаллизации. Поскольку расплав сульфида железа довольно хорошо смачивает металлы, он может выделиться на границах зерен в виде жидких прослоек. Поверхностное натяжение расплава FeS при 1373 К, измеренное авторами монографии методами массы капли и лежащей капли, составляет 312—326 мДж/м2. С учетом этого при наличии на поверхности зерен расплава FeS величина А6 = = 624 -f- 652 мДж/м2. Зная величину краевого угла смачивания и ам_г для FeS, a также величину ат_м для случая контакта расплава сульфида железа с металлом, находим из извест-

ной зависимости

COS б = (сгт_г — сгт_м)/сгм_г.

Тогда при наличии прослоек FeS для низкоуглеродистой стали Св-08 величина А3 = 2140 мДж/м2, а значения Л4 при соответствующих значениях двугранных углов будут равны значениям Л4 при наличии металлического расплава на поверхности зерен.

Таким образом, при наличии металлического расплава и расплава FeS деформация сталей, находящихся в твердо-жидком состоянии, должна привести к образованию трещин, расположенных преимущественно по границам зерен. Межкрис-таллитное расположение кристаллизационных трещин в сварных швах подтверждается и многочисленными металлографическими исследованиями.

Однако, рассматривая особенности зарождения трещин в твердо-жидкой системе, необходимо учитывать и физико-химическое взаимодействие этих двух фаз [161, 246], которое при деформации системы может проявляться в виде эффекта адсорбционного понижения прочности и пластичности (эффект Ребиндера). Согласно [225], сущность этого явления заключается в ослаблении связей между поверхностными элементами решетки вследствие адсорбции поверхностно-активных молекул.

В настоящее время наиболее подробно изучено влияние легкоплавких жидких металлических сред на свойства твердых металлов. Однако общепринятой точки зрения на механизм взаимодействия жидких металлов с твердыми до настоящего времени все еще нет [205]. Достоверно известно [52], что этот эффект проявляется при наличии нормальных растягивающих напряжений и скалывающих напряжений, хорошем смачивании твердого металла расплавом и малой растворимости расплава в твердом металле. Все эти условия характерны для сварного шва при наличии сульфидных прослоек на границах зерен. Следовательно, можно ожидать, что на процесс образования кристаллизационных трещин в сварном шве окажет влияние эффект Ребиндера.

К сожалению, до настоящего времени отсутствуют прямые экспериментальные данные, подтверждающие высказанные предположения [179, 1891 об адсорбционном влиянии FeS на прочность стали, а также данные о влиянии скорости деформирования на характер проявления эффекта Ребиндера в системе железо — расплав сульфида. Поэтому авторами монографии совместно с В. В. Поповичем, В. Н. Палаш и В. В. Карих были проведены опыты по изучению влияния расплава FeS