2

ФОРМИРОВАНИЕ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ МЕТАЛЛА ЗОНЫ СПЛАВЛЕНИЯ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ В ПРОЦЕССЕ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ

1. Кристаллизация металла шва и формирование его структуры у границы сплавления

В сварных соединениях разнородных сталей, выполненных сваркой плавлением, одним из сплавляемых металлов является металл шва. Первоначальный состав и структура этого металла формируются в процессе кристаллизации сварочной ванны. Следовательно, выяснение природы и механизма образования в зоне сплавления разнородных сталей структурной неоднородности, возможность появления которой обусловливает основную трудность их сварки, необходимо начинать с процесса кристаллизации металла шва в этой зоне с учетом тех особенностей, которые вызываются сплавлением металлов, обладающих различными физико-химическими свойствами.

Сварочная ванна с точки зрения условий кристаллизации расплавленного в ней металла обладает рядом специфических особенностей, основными из которых являются значительный градиент температуры жидкого металла и большая скорость его охлаждения. И все же кристаллизация металла в сварочной ванне должна подчиняться общим законам затвердевания жидкости. В силу этого процесс кристаллизации металла шва должен представлять собой первоначальное образование зародышей кристаллов (зерен) и последующий их рост. Затвердевание металла сварочной Еанны, сточки зрения общих положений физического металловедения, можно отнести к процессу кристаллизации на анизотропной подкладке, которой в данном случае является нерасплавленная часть свариваемого металла. Однако кристаллизация металла сварочной ванны имеет ту особенность, что происходит на подкладке, нагретой до оплавления. В силу этого зародышами кристаллов здесь являются частично оплавленные зерна свариваемого металла. Обоснованием

Сварка разнородных сталей

сказанного может быть тот факт, что в зоне сплавления зерна закристаллизовавшегося металла сварочной ванны (металла шва) являются общими с зернами свариваемого металла (рис. 7). Следовательно, кристаллизация металла сварочной ванны представляет собой только одну стадию — вторую из двух стадий, составляющих процесс затвердевания в общем виде.

Отсутствие образования центров кристаллизации (зародышей) является одной из особенностей кристаллизации металла сварочной ванны.

В современной теории кристаллизации вторая стадия этого процесса — рост зародышей (кристаллов) — представляется в виде последовательного послойного присоединения по их кристаллическим плоскостям молекул, атомов или ионов кристаллизующегося вещества [72, 77]. При кристаллизации металла сварочной ванны такой механизм роста зародышей вызывает присоединение к кристаллическим плоскостям частично оплавленных зерен свариваемого металла атомов металла шва. В результате между свариваемым металлом и металлом шва создается меж- Рис; 7. микроструктура зоны сплав-атомное сцепление, которое, В леиия аустеиитного металла шва с пер-свою очередь, создает сварное литной сталью, X 100. соединение. В конечном итоге в зоне сплавления образуются указанные общие зерна.

Образование в зоне сплавления зерен, являющихся общими для нерасплавленной части свариваемого металла и металла шва, представляет основную и существенную особенность кристаллизации металла сварочной ванны. Появление таких зерен дало основание кристаллизацию металла в сварочной ванне выделить в особый вид,, названный взаимной, или совместной, кристаллизацией. Следует отметить, однако, что ни первый, ни второй из этих терминов нельзя признать удачным, так как в процессе кристаллизации жидкого металла сварочной ванны нет образования и роста кристаллов (зерен) в свариваемом металле, которые следовало бы ожидать, исходя из смысла упомянутых терминов.

Поскольку кристаллизация металла сварочной ванны имеет специфические особенности, для краткой характеристики этого процесса необходим термин, который отображал бы имеющуюся здесь специфику, т. е. отсутствие обычного процесса зарождения кристаллов и образование общих зерен (металлической связи) между свариваемым металлом (подкладкой) и кристаллизующимся сплавом. В остальном затвердевание металла сварочной ванны является известным процессом кристаллизации на анизотропной подкладке, называемой ориентированной кристаллизацией [83, 61, 72].