Рис. 3.9. Кристаллическое строение Рис. 3.10. Кристаллическое строение сварочной ваниы при мгновеииом пре- сварного шва в продольном сечеиии крашении сварки

включения. Поэтому рост столбчатых кристаллов в жидкой сварочной ванне представляет собой пример кристаллизации на искусственных зародышах. Эти кристаллы сварочной ванны растут от кромок и имеют вид дендритов различной величины.;

При сравнительно малой продолжительности существования -сварочной ванны (малый объем ванны, повышенная скорость сварки * и др.) столбчатые кристаллы могут расти до встречи в области I центральной линии шва (см. рис. 3.11, а). При большой ванне [ и медленной ее кристаллизации в центральной части шва обра- | зуется небольшая зона равновесных кристаллов, возникших I. в условиях естественной кристаллизации (см. рис. 3.11, б). При * сварке на охлаждаемой металлической подкладке (см. рис. 3.11, в) на этой подкладке кристаллизуется тонкий слой мелких разо-риентированных кристаллов, становящихся зародышами для растущих от них столбчатых кристаллов. При многослойной сварке • (см. рис. 3.11, г) кристаллы каждого предыдущего слоя становятся основой для кристаллизации последующих слоев. Однако при многослойной сварке скорости охлаждения каждого слоя обычно больше скорости охлаждения ванны при однослойной сварке ме-

Рис. 3.12. Химическая неоднородность металла сварного шва по слоям кристаллизации

талла такой же толщины, поэтому кристаллическое строение отдельных слоев и шва в целом оказывается более мелким и плотным, с менее выраженной ликвацией примесей по зонам. Говоря о ликвации примесей, необходимо упомянуть еще об одном явлении — прерывности кристаллизации и ликвации примесей по слоям кристаллизации. Было замечено, что рост кристаллов идет не непрерывно, а с периодическими остановками. Явление это связывается с остановками кристаллизации, вызванными тепловым эффектом (выделение теплоты) при переходе из жидкого состояния в твердое и другими обстоятельствами. При таком прерывистом росте слоев кристаллизации сначала застывает наиболее чистый металл, а затем металл с большим содержанием примесей (рис. 3.12).

3.3. АЛЛОТРОПИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ, ИХ РОЛЬ ПРИ СВАРКЕ

Нагрев или охлаждение металла в твердом состоянии может вызвать переход одного вида кристаллической решетки в другой в соответствии с минимумом свободной энергии, отвечающем тому или иному расположению атомов (см. рис. 3.1). Такой переход при нагреве или охлаждении металла называют аллотропическим или полиморфным превращением. Процессы аллотропических изменений подчиняются законам кристаллизации (для их протекания требуется перенагрев или переохлаждение), рост зерен новой фазы (кристаллов с другой атомной решеткой) подчиняется законам образования и роста зародышей.

После кристаллизации из жидкого состояния вторичная кристаллизация (перекристаллизация) в твердом состоянии изменяет кристаллическое строение — возникают и растут новые зерна, появляются новые границы зерен. Характерной особенностью перекристаллизации в твердом состоянии при охлаждении является то, что она может происходить при различных, даже очень больших, степенях переохлаждения. Поэтому вторичная кристаллизация может быть диффузионной, связанной с перемещением атомов (малые степени переохлаждения) и бездиффузионной (большие степени переохлаждения).

Изменение аллотропических форм в твердом состоянии присуще различным металлам: железу (a-Fe, Y-Fe), марганцу (a-Mn, B-Mn, v-Mn, 6-Mn), титану (a-Ti, B-Ti), кобальту (a-Co, P-Co) и др. Обычно форму, соответствующую более низкой