О влиянии особенностей кристаллизации сварочной ванны на 'Структуру металла шва в зоне сплавления разнородных сталей можно судить по образуемой здесь первичной структуре. Обнаружить эту структуру довольно трудно. Обусловлено это тем, что в большинстве сталей из-за присущей им вторичной кристаллизации не всегда удается выявить первичные зерна. Даже в тех металлах, которые при аллотропическом превращении не образуют фаз, затушевывающих границы первичных зерен, выявляемую обычными методами структуру не всегда можно считать первичной. При медленном охлаждении зародыши новой фазы возникают преимущественно на границах зерен старой фазы в результате наличия здесь различного рода дефектов кристалла, которые облегчают пластическое течение растущего кристалла на ранней стадии его развития из зародыша и тем самым способствуют снятию упругих напряжений. Из-за такого зарождения центр новой фазы располагается на границе старой фазы, и границы их зерен не совпадают.

При ускоренном охлаждении, когда перекристаллизация происходит при большем переохлаждении, увеличивается число зародышей, образующихся в единице объема, и они возникают внутри зерен старой фазы. В этих условиях превращение облегчается при определенной взаимной ориентировке кристаллов старой и новой фаз, и поэтому границы их совпадают.

Для экспериментального исследования первичной структуры металла шва в зоне сплавления наиболее приемлемым будет использование однофазных сплавов, не претерпевающих даже аллотропических превращений. Одним из сплавляемых металлов может быть такжэ сталь, в которой при вторичной кристаллизации по границам вновь образующихся зерен располагается ферритная оторочка {сетка). Согласно так называемой «силовой» теории образования зерен и происхождения границ [60], указанная сетка феррита должна копировать границы первичных зерен. Обусловлено это тем, что образование феррита при вторичном превращении (у -у а) сопровождается высвобождением части атомов и поэтому происходит прежде всего там, где имеются вакансии, т. е. по границам первичных зерен.

Поэтому автором исследовалась зона сплавления аустенитного металла шва типа Х25Н13 с высокохромистой ферритной сталью Х25Т (ЭИ439), армко-железом и среднеуглеродистой сталью 35 116]. Аустенитный металл типа Х25Н13 использован здесь в связи с тем, что в нем сравнительно легко выявляются границы зерен (кристаллитов), которые в металле шва из других аустенитных сплавов выявить довольно трудно.

Следует отметить, однако, что сравнительно легко выявляемые в металле шва типа Х25Н13 границы кристаллов могут быть не первичными, а полигонизационными и могут не совпадать с первыми [55]. Поэтому в указанных экспериментах в качестве высоколегированного металла применялся также сплав Х25Н60М10, легированный большим количеством молибдена, что должно по-

давлять полигонизацию и тем самым сохранять четкую видимость расположения первичных кристаллов и их границ.

На рис. 8 приведена микроструктура металла зоны сплавления в двух исследованных соединениях. Здесь не наблюдается совпадения границ зерен свариваемого и наплавляемого металлов, которое принято считать специфической особенностью кристаллизации сварочной ванны. Установленный факт для сплавления разнородных металлов является закономерным, и его можно объяснить, если рассмотреть процесс роста кристаллов и связь факторов, определяющих этот процесс, с физико-химическими свойствами сплавляемых металлов.

Рис. 8. Микроструктура зоны сплавления среднеуглеродистой стали 35 с аус-тенитным металлом Х25Н13 (а), Х300 и хромоиикельмолибденовым сплавом Х25Н60М10 (б), Х150.

С точки зрения термодинамики рост кристаллов можно рассматривать как процесс гетерогенного зародышеобразования и роста зародышей на его гранях [8, 77]. Согласно теории гетерогенного зародышеобразования, зародыш на имеющейся поверхности раздела (подкладке) может возникнуть в том случае, если эта поверхность смачивается кристаллизирующейся жидкостью. По этой теории, образующийся на инородной подкладке зародыш имеет куполообразную форму, обладающую сферической симметрией (рис. 9,а), и характеризуется равновесием горизонтальных составляющих сил поверхностного натяжения на границе соприкосновения, выражаемым формулой [77]

Утз = Усв + УтсСО*в

где 6 — краевой или равновесный контактный угол зародыша на подкладке, с — зародыш, 8 — подложка, т — расплав.

При кристаллизации металла сварочной ванны зародышем образующегося кристалла является частично оплавленное зерно свариваемого металла. Такой зародыш является трехмерным и поэтому может расти лишь в том случае, когда к его грани присоединяется группа атомов в виде незавершенного слоя (пластинки) одноатомной толщины, являющегося двухмерным зародышем для последующего роста кристалла (рис. 9, б). Это обусловлено тем,.