и ^ переменной концентрации), 4—5 и 6—7 (смесь растворов б и у переменной концентрации) и 8—9 (смесь растворов Р и у переменной концентрации) диффузия элемента Б будет происходить в многофазной среде, при этом кинетика перемещения отклонится от нормальной параболической. В интервалах 2—3, 4—5, 6—7 и 8—9 распределение элемента Б условно изображено наклонными прямыми участками (рис. 4.4, б, //).

Сварка при температуре *8 связана с существованием механических смесей — эвтектоидов неизменного состава. В области твердых растворов /'—2', 3'—4' и 5'—6' концентрация изменяется по параболическому закону диффузии. В области существования эвтектоидов и химического соединения диффузия происходить не будет, и концентрация резко изменится до концентрации диффундирующего элемента в этих фазах.

Диффузию, сопровождающуюся фазовыми изменениями, называют реактивной. Для этой диффузии характерно образование зон неизменной концентрации — зон химических соединений. В сварном соединении эти зоны не обязательно должны располагаться в плоскости контактирования свариваемых металлов. Они могут быть сосредоточены в участке с соответствующей концентрацией компонентов в зависимости от относительной скорости диффузии при данной температуре. Последующий нагрев (термообработка), приводящий к дальнейшему развитию диффузионного процесса, сместит положение этих зон.

Для сварных соединений характерен еще один вид диффузии, когда процесс перемещения в растворе какого-либо элемента происходит не в связи с разностью его концентраций в растворе, а в связи с разницей его термодинамической активности: например, диффузия углерода на границе сварки легированной и нелегированной сталей или разнолегированных сталей. При исследовании такой диффузии и вызываемой ею неоднородности состава и строения сварных соединений было замечено, что если сварное соединение состоит из сталей с различным содержанием легирующих элементов, то независимо от содержания в этих сталях углерода направление его перемещения определяется разницей в легировании контактирующих сталей. Перемещение углерода при этом может происходить даже из стали с меньшей его концентрацией (рис. 4.5). Было также замечено, что кремний является элементом, «выталкивающим» углерод, а хром, молибден и ванадий «притягивающими» его.

Предложенная трактовка механизма такого действия легирующих элементов сводится к следующему. Если у атомов легирующего элемента силы связи с атомами углерода меньше, чем у атомов железа, то атомы углерода отталкиваются от атомов такого элемента и стремятся попасть в окружение только атомов железа. Следовательно, данный легирующий элемент увеличивает термодинамическую активность атомов углерода к перемещению в участки, не содержащие атомов этого легирующего элемента. 64

Рис. 4.5. Образование обезуглероженнои и науглероженнон зон в сварном соединении в связи с диффузией углерода, вызванной различием его термодинамической активности в сваренных сталях

К элементам, увеличивающим термодинамическую активность углерода в железе, относятся кремний и никель.

С другой стороны, в растворе а- илигде имеются атомы

легирующего элемента со сродством к углероду большим, чем у железа, углерод стремится закрепиться у этих атомов и его активность к перемещению понизится. Понижают термодинамическую активность углерода в железе атомы карбидообразующих элементов (марганец, хром, молибден, вольфрам, ванадий и др.).

Количество вещества, перемещающегося в связи с разностью его термодинамической активности в растворе, определяется выражением

М - ИЧаШ,(4.7)

где йа/йх — градиент термодинамической активности.

Таким образом, по показателю термодинамической активности углерода в а- или -у-Ие сваренных сталей можно судить о склонности сварного соединения к образованию структурной неоднородности на границе раздела в связи с диффузией углерода из стали с большей активностью углерода в сталь с его меньшей активностью.

Коэффициент, определяющий активность перемещения углерода на границе легированной и нелегированной стали,

где ас к ас — активность углерода в растворах соответственно легированной и нелегированной сталей; Лгс — атомная доля легирующего элемента.

3 Ливший Л. П. и лп65