ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ВЛИЯНИЕ ФОСФОРА

Энергия поверхностного натяжения границы зерна явно мень­ше, чем у металла внутри кристалла. Кроме того, она может быть значительно понижена атомами примеси, которые выпадают на границе зерна. Особенно заметно влияние фосфора: мономолеку - лярный слой атомов этого элемента на границе зерна феррита

практически понижает yg до нуля. Попытаемся грубо оценить не­обходимую для этого атомную концентрацию фосфора.

Пусть диаметр зерна d = 0,05 мм и оно имеет кубическую фор­му. Тогда объем зерна V = d3. Число атомов металла в зерне: N = (d/ а)3, где а = 2,8-107 мм — параметр решетки железа.

Каждая граница принадлежит двум зернам. Поэтому площадь границ на одно зерно: А1 = 3d2. Число атомов железа на этих гра­ницах: NA = 3 - (d/a)2.

Фосфор в железе образует раствор замещения. Поэтому счита­ем, что в мономолекулярном слое на границе число атомов фосфо­ра равно числу атомов железа, которые замещает фосфор. Тогда атомная концентрация фосфора составит:

3 а = 3 • 2,8 107 d 0,05

Допустимое содержание фосфора в качественной стали по ГОСТ 1050-88 равно 0,035%, это на порядок больше, чем необходимо для создания мономолекулярного слоя. Поэтому работоспособ­ность такой стали объясняется только тем, что фосфор в стали чрез­вычайно медленно диффундирует. Однако механизм динамическо­го деформационного старения успешно выносит атомы фосфора на границу зерна. Следовательно, при сварке принципиально воз­можно создать условия, когда фосфор приведет к хрупкости гра­ниц зерен.