\7 = 16яа3Г2£/ЗРпл (АГ)2.(У.7)

Число устойчивых зародышей, образующихся в единицу времени в единице объема жидкости [281]:

/ = Л^. е~иг/кТе ^™ {&Г'°кТ ,(У.8)

где пж — число атомов в единице объема жидкости; И — постоянная Больцмана; Н — постоянная Планка; 0\ — энергия активации перехода атомов от жидкости к кристаллу; Г — абсолютная температура.

Поскольку скорость образования зародышей зависит от энергии активации перехода атомов от жидкости к кристаллу, интенсификация диффузионных процессов в расплаве, например за счет электромагнитного перемешивания металла, должна уменьшить величину IIа. В этом случае интенсивность образования зародышей будет стремиться к величине

/ = _^_е "л.(У.9)

Из выражений (У.6) — (У.9) следует, что размеры критического зародыша кристалла и интенсивность их образования существенно зависят от степени переохлаждения расплава и от величины о. Поэтому наличие в жидкости элементов, способных изменить величину межфазного натяжения на границе расплав — кристалл, может повлиять на скорость образования зародышей.

Наличие в металле поверхностно-активных элементов может снизить и степень переохлаждения расплава [31, 109]. Так, по данным [31], введение в железо 0,1 % церия и лантана, которые отличаются поверхностной активностью в расплавах железа, вызывает снижение степени его переохлаждения с 593 до 313—323 К.

На процесс появления зародышей кристаллов в металле, так же как и на процесс образования зародышей газовых пузырей и неметаллических включений, большое влияние оказывает наличие в расплаве готовых поверхностей раздела. В условиях сварки образование кристаллов может происходить на границах с зернами основного металла, расположенными на границе сплавления, а также с кристаллами предыдущего слоя

металла при многослойной сварке или наплавке. Помимо этого, роль центров кристаллизации могут выполнять различные тугоплавкие частицы, присутствующие в металле сварочной ванны. При этом, чем больше частичек в расплаве, тем выше скорость образования зародышей кристаллизации, что видно из выражения [90]: / = Л^е-и7/(ЛГ \ где N1 — число частичек примеси.

При наличии в расплаве частичек различного состава на процесс зародышеобразования будут влиять те из них, для которых характерно меньшее значение величины АГ. Степень переохлаждения, необходимая для гетерогенного зарождения центров кристаллизации, зависит от размера частичек. Это видно, если преобразовать выражение (У.6): АГ = = 2аГя/Рплгкр. Для того чтобы все частички, присутствующие в расплаве, могли стать центрами кристаллизации, необходимо глубокое переохлаждение металла.

Как отмечалось, выделение новой фазы на готовой поверхности зависит от величины краевого угла смачивания и будет особенно интенсивным, если частички хорошо смачиваются расплавом. Кроме того, работа образования центров кристаллизации будет снижаться, если частички имеют кристаллическую решетку, по своему строению близкую к кристаллизующемуся металлу. Такими частичками являются, например, оксиды кристаллизующегося металла [60, 167].

Влияние оксидов железа на структуру железа изучено в работе [167], где было установлено, что наличие оксидов железа в расплаве снижает степень переохлаждения железа в 3— 3,5 раза. Введение растворимых добавок (N1, А1, ТО практически не влияет на степень переохлаждения.

Однако, поскольку температура плавления оксидов железа близка к температуре плавления железа, влияние наличия оксидов на скорость процесса кристаллизации начинает проявляться только при некоторой степени переохлаждения расплава, когда они перейдут в твердое состояние.

На скорость образования зародышей кристаллизации ели-яеттакже и форма поверхности раздела. Например, если форма подложки, на которой происходит образование зародышей, будет вогнутой, то зародыши возникают при меньшей степени переохлаждения, чем на плоской или выпуклой подложке. Это объясняется тем, что между работой образования зародыша на плоской поверхности твердого тела и величиной объема зародыша 1^ существует следующая зависимость [231]:

№' = оР3//?к,(У.Ю)

где /?к — радиус кривизны зародыша.