Интенсивность развития диффузии вблизи зоны сплавления зависит от температуры и длительности пребывания сварного соединения при повышенной температуре в условиях термической обработки и эксплуатации. Заметно развиваться диффузионные прослойки начинают от температуры 420—450 °С и выше, а, как показали исследования, наибольшей величины достигают после выдержки при 800 °С. Появление этих прослоек наблюдается также в зоне сплавления углеродистой стали с низколегированной, перлитной стали с мартенсито-ферритным или ферритным швом и др. Микроструктуры рис. 237, а, б показаны для отпуска при соответственно 700 и 640 °С с выдержкой 10 и 4 ч. На рис. 238 приведена микроструктура зоны сплавления углеродистой стали 30 с хромистым швом (12% Сг) после отпуска при 700 °С в течение 4 ч. Отпечатки, полу-

Рис. 238. Микроструктура зоны сплавления разнородных сталей

ченные при замере микротвердости зоны сплавления, показывают повышение твердости со стороны шва, куда перешел углерод из околошовной зоны; со стороны основного металла заметна обезуглероженная прослойка, которой отвечает снижение твердости металла.

Активность углерода (по сравнению с другими элементами) объясняется малыми размерами его атома, образующего с железом твердые растворы внедрения. Поэтому диффузионная подвижность углерода во много раз больше, чем подвижность других легирующих элементов как в ос-, так и в у-железе. При этом коэффициент диффузии углерода в a-Fe выше, чем в y-Fe, при 910 °С в 39 раз, при 755 °С в 126 раз, при 500 °С в 835 раз.

Диффузию углерода и образование диффузионных прослоек можно объяснить следующими причинами:

1)разной растворимостью углерода в твердом и жидком железе в период контакта сварочной ванны с основным металлом;

2)различной растворимостью углерода в а- и у-железе (при контакте, например, аустенитного шва с перлитной сталью);

3)разным содержанием в контактирующих металлах карбидо-образующих элементов.

Последняя причина вероятно наиболее существенно влияет на развитие диффузионных прослоек при сварке разнородных сталей. В самом деле, в сварном соединении, полученном из однородных сталей, образовавшаяся при кристаллизации концентрационная

неоднородность в распределении углерода у границы сплавления будет уменьшаться по закону атомной диффузии, т. е. углерод переместится из объема с повышенной концентрацией в объем металла с пониженной концентрацией этого элемента. Поэтому к моменту полного охлаждения металла колебания в содержании углерода у границы сплавления будут незначительны. Если же шов легирован карбидообразующими элементами, которых нет в основном металле, то концентрационная неоднородность по углероду сохранится и в период охлаждения металла. Это связано с тем, что сродство углерода к карбидообразующим элементам больше, чем к железу.

В отличие от самой распространенной атомной диффузии, перемещение атомов углерода из основного металла, насыщенного карбидами железа, в металл шва, насыщенный карбидами более стойкого элемента, получило название реактивной диффузии. Эта диффузия связана с образованием вблизи границы сплавления термодинамически более стойких карбидов. Интенсивность развития данного процесса определяется соотношением сил связи углерода в карбиды по обе стороны от зоны сплавления и, что весьма важно, количеством свободных, несвязанных атомов карбидообразующих элементов и углерода.

Полагают, что легко травящаяся темная прослойка со стороны шва у зоны сплавления представляет собой скопления карбидных выделений. В подтверждение такого мнения свидетельствует высокая твердость прослойки, а также исчезновение свойственной ей структуры при нагреве выше Лгз, когда карбиды полностью растворяются в аустените и концентрация углерода выравнивается.

Обезуглероженная прослойка, возникающая у зоны сплавления со стороны основного металла, имеет ферритное зерно. Размер его зависит от сочетания свариваемых материалов и времени выдержки при повышенных температурах. Так, при температуре 650—700° С и длительности выдержки 2—4 ч здесь образуется участок крупных столбчатых зерен феррита, что может быть связано с эффектом собирательной рекристаллизации его. На рост зерен феррита влияет также степень напряженного состояния в зоне сплавления. Например, в паре углеродистая сталь — аустенитный шов на железной основе вследствие значительной разности коэффициентов линейного расширения этих материалов быстро укрупняется зерно.

Со снижением содержания углерода в малолегированной стали ширина обезуглероженной прослойки возрастает, а науглерожен-ной — уменьшается, так как при том же соотношении сил связи углерода в карбиды по обе стороны от зоны сплавления путь, им преодолеваемый, в малоуглеродистой стали будет больше. На величину переходных прослоек влияет концентрация свободного кар-бидообразующего элемента в легированном шве. Повышение содержания этого элемента приводит к увеличению ширины обезуглероженной и снижению ширины науглероженной прослоек.

Одним из эффективных средств подавления диффузионных процессов в зоне сплавления разнородных сталей является введение