Причиной неоднородности концентрации и возникновения диффузионных потоков выравнивания может служить и выпадение из раствора химических соединений. В этом случае концентрация выпавших элементов в металле-растворителе резко снижается и возникают диффузионные потоки выравнивания. Диффундирующие элементы могут и далее об--а^ь^^И^^^^разовывать химические

соединения, вследствие чего будет наблюдаться обеднение этими элементами начальной структуры на границе раздела зон. Если, например, в наплавленном металле шва много сильных кар-бидообразователей, а в основном металле их мало, то выпадение карбидов в наплавленном металле вызовет диффузию углерода в шов из основного металла. Конечным результатом этих процессов будет образование обезу-глероженной прослойки в основном металле и цепочки («гряды») карбидов в шве вблизи поверхности сплавления.

На рлс. 101, а показано распределение углерода вблизи линии сплавления при наплавке одиночного валика. Основной металл — малоуглеродистая сталь СтЗ. Наплавленный металл — сталь типаХ22Н15, содержащая свыше 20% сильного кар-бидообразователя —хрома. Белая полоса по линии сплавления представляет собой обезуглероженный слой. Важно отметить, что повторный нагрев при наложении последующих валиков или при термической обработке способствует развитию процессов диффузии, увеличению ширины обезуглероженной прослойки и дальнейшему выпадению карбидов (рис. 101, б, б). Рис. 101, б иллюстрирует влияние термических циклов нагрева зоны сплавления в результате наложения нескольких валиков; рис. 101, в — влияние нагрева до 650° С с выдержкой 2 ч.

Рис. 101. Распределение углерода вблизи линии сплавления при наплавке стали Х22Н15 на СтЗ.

Возможны и другие причины неравномерного распределения элементов в металле шва. Например, избирательность кристаллизации вызывает неоднородность состава внутренних слоев дендри-тов, периодичность процесса кристаллизации — химическую неоднородность слоев и т. д.

Есть основания полагать, что к моменту окончания кристаллизации металл шва неоднороден по своему химическому составу как в микро-,так и в макрообъемах. Вместе с тем исследования металла сварных соединений показывают, что в подавляющем большинстве случаев эта неоднородность совсем не так велика, как можно было ожидать. Основной причиной значительного выравнивания концентраций элементов в сварных соединениях является диффузия этих элементов в процессе охлаждения металла после сварки. Отмечено, что полнее выравниваются концентрации тех элементов, у которых более высокий коэффициент диффузии. Например, в сварных соединениях из малоуглеродистой стали углерод обычно распределяется равномерно по сечению шва, тогда как сера, имеющая при Т — 950 °С коэффициент диффузии, в 500 раз меньший, чем у углерода, распределяется в металле шва неравномерно.

Некоторые примеры диффузионных процессов при сварке. Одним из важнейших результатов диффузионных процессов при сварке является рост зерна металла в шве и в зоне термического влияния при длительном нагреве выше температуры Лсз- Процесс этот объясняется самодиффузией атомов металла и происходит следующим образом.

Мелкие кристаллы обладают большей величиной поверхностной энергии на единицу массы металла, чем крупные. Вследствие этого согласно законам термодинамики всегда есть тенденция к росту кристаллов, так как при этом свободная энергия системы уменьшается. Однако при низких температурах указанная тенденция не может проявляться заметным образом, поскольку количество блуждающих, дислоцированных атомов очень мало. С повышением температуры количество таких атомов растет, причем в Мелких кристаллах их будет больше, чем в крупных, так как мелкие зерна обладают большим запасом энергии. При этом создаются диффузионные потоки атомов от меньших кристаллов к более крупным. Разница в размерах кристаллов увеличивается, что в свою очередь ускоряет процесс до тех пор, пока мелкие кристаллы не будут полностью поглощены крупными.

Процессы роста зерен ускоряются за счет большей разницы исходных величин отдельных зерен, при повышении температуры нагрева, наличии в металле предварительной холодной деформации, а также вследствие некоторых других причин.

В практике изготовления сварных конструкций широко применяют огпуск для снятия собственных напряжений. Эта технологическая операция также основана на процессах самодиффузии. Известно, что собственные напряжения всегда связаны с искажением кристаллической решетки металла. Устраняется оно при наличии