что присоединение к грани растущего кристалла одного атома (молекулы) не уменьшает, а увеличивает свободную энергию системы, в которой происходит кристаллизация, поэтому одна молекула на грани кристалла неустойчива, она стремится возвратиться в кристаллизующуюся жидкость. На грани кристалла устойчиво может удерживаться лишь скопление молекул, размеры которого не меньше определенной (критической) величины [721. В силу этого рост кристалла определяется не отдельными ударами атомов или молекул кристаллизующейся жидкости о его грани, а вероятностью образования на гранях комплекса этих атомов (молекул) в виде двухмерного зародыша.

Рис. 9. Форма зародыша при частичном (я) и полном (б) смачивании подложки кристаллизующейся жидкостью.

Таким образом, вероятность образования на поверхности инородной подкладки зародыша кристаллизующейся жидкости и, следовательно, рост кристалла металла сварочной ванны на частично оплавленных зернах свариваемого металла определяется краевым углом, образуемым возникающим зародышем с поверхностью подкладки.

Краевой угол зародыша, в свою очередь, определяется близостью кристаллических решеток подкладки и образующейся твердой фазы [8]. Наименьшим он будет в том случае, когда решетка подкладки по своим размерам (периоду) и ориентации атомов будет соответствовать решетке закристаллизовавшегося вещества. Это условие является наиболее приемлемым для кристаллизации жидкости на инородной подкладке. С точки зрения физической химии и физического металловедения оно является общим положением для кристаллизации на подложке и составляет так называемый принцип ориентационного и размерного соответствия [61, 72].

Принцип ориентационного и размерного соответствия сохраняется и в том случае, если кристаллизующееся вещество имеет решетку, неполностью совпадающую с решеткой подкладки [72]. Однако в этом случае он может иметь место лишь при различии решеток, отвечающем выражению

Ла І/ г _ГГ 0,09 а,

где Ср, ССд — модули упругости кристалла соответственно при растяжении и сдвиге.

Как следует из указанного выражения, разность периода решетки не должна превышать 9%. По мнению некоторых специалистов [72] она должна быть еще меньше.

Ориентированная кристаллизация может быть и при большем различии параметров сопрягающихся решеток, но только в том случае, если в кристаллах подкладки и закристаллизовавшегося вещества имеются так называемые сопрягаемые (подобные) комплексы [61, 72]. Следует отметить, что в зоне сопряжения таких решеток образуется слой с искаженной (несовершенной) решеткой кристаллизующегося вещества. Однако по мере наращивания слоя закристаллизовавшегося вещества искажение решетки быстро уменьшается, в силу чего в зоне сопряжения деформированной будет только прослойка незначительной (мономолекулярной или в несколько десятков атомных диаметров) толщины.

При значительном различии параметров решеток кристаллизующегося вещества и подкладки и отсутствии в их кристаллах сопрягающихся комплексов искажение решетки кристаллизующегося вещества в зоне сопряжения его с подкладкой может существенно увеличиться. При этом существенно увеличится и толщина деформированного слоя, чему будет способствовать образование в нем твердых растворов переменного состава. В связи с этим образуемые кристаллы не могут сохранить ориентированное и, особенно, размерное соответствие кристаллам подкладки. В этом случае возможно появление на базе одного зерна подкладки нескольких кристаллов затвердевшей жидкости или, наоборот, на базе нескольких зерен подкладки — одного кристалла затвердевшей жидкости.

Ниже приведены данные о различии параметров решеток металлов, в зоне сплавления которых исследовалось формирование структуры:

Сплавляемые металлыРазличие параметров

Х25Т + Х25Н13.21,4

Армко-железо + Х25Н13.24,5

Сталь 35+Х25Н13.23,1

Сталь 35 + Х25Н60М10.25,9

Как видно, исследованию подвергалась зона сплавления металлов, параметры кристаллической решетки которых отличаются на 21% и более, т. е. значительно больше 9%. Однако в случае, когда неаустенитным металлом является армко-железо или сталь 35, отличие параметров решеток сплавляемых металлов должно быть иным, чем указано, так как в момент сплавления (кристаллизации металла шва) армко-железо и сталь 35 имеют не перлитную, а аустенитную структуру. И все же оно, по-видимому, будет

33