СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Образование границ зерен

Образование границ зерен является структурным превраще­нием, присущим литому металлу (сварному шву, отливке) в пе­риод завершення его кристаллизации из жидкого расплава. Границы образуются непосредственно при срастании первичных кристаллитов. Поскольку кристаллические решетки кристалли­тов ориентированы произволь­но, то их сопряжение при сра­стании кристаллов сопровож­дается существенными иска­жениями решеток. Эти иска­жения и приводят к образо­ванию граничной поверхности [6]. Существует также мнение, что границы образуются пу­тем собирания дислокаций, неупорядоченно расположен­ных в металле после затвер­девания в одну граничную поверхность в результате про­цесса полигонизации. Однако, по-видимому, более обосно­ванным является первый механизм образования границ.

Современные представления о строении границ сводятся к тому, что на границах чередуются участки хорошего и пло­хого соответствия кристаллических решеток соседних зерен. Это так называемые «островные» модели границ зерен. Строение и протяженность участков плохого соответствия зависят от угла разориентировки решеток смежных кристаллитов. Различают малоугловые (угол г£П5°) и большеугловые границы (угол >15°). Малоугловые границы описывают как ряд отдельных дислокаций. Большеугловая граница рассматривается как об­ласть скоплений дислокаций, а сопряжение узлов достигается за счет значительных локальных искажений решетки.

В момент образования границы зерен располагаются в зоне срастания первичных кристаллитов и по форме совпадают с их разветвлениями контурами. Зоны срастания выявляются как обогащенные примесями ликвационные участки, имеющие от­личное от центральных участков кристаллитов травление. Ин­тенсивность травления плавно изменяется по ширине зоны в не­сколько единиц или десятков микрометров. При травлении гра­ницы зерен (или условно вторичных зерен) проявляются в виде
четкой тонкой линии шириной ~ 10-*1 мкм, т. е. на два порядка меньшей, чем ширина зон срастания. Эффект травления границ связан со скоплением примесей в результате процесса их сегре­гации в приграничных зонах с искаженной решеткой. В случае малого количества примесей в металле или быстрого охлажде­ния, когда диффузионный процесс сегрегации не успевает про­изойти, эффект травления ослабевает или исчезает полностью. На свободной поверхности, чистой от оксидов, границы зерен выявляются в виде канавок термического травления. Канавки образуются в результате местной пластической деформации, вызванной уравновешиванием сил граничного и поверхностного натяжения. Термическое травление не связано с сегрегацией примесей, поэтому оно выявляет границы в низколегированных сплавах и чистых металлах, а также в случае больших скоро­стей охлаждения после затвердевания литого металла. В про­цессе охлаждения положение границ зерен, как правило, изме­няется в результате процесса их миграции. После завершения охлаждения в большинстве случаев границы не совпадают с зо­нами срастания первичных кристаллитов (рис. 5.8).