ТЕОРИЯ сварочных процессов

Гомогенизация и сегрегация примесей на границах зерен

Перераспределение примесей и легирующих элементов в спла­вах происходит в период их пребывания при температурах, при которых существует заметная диффузионная подвижность приме­сей и этих элементов. Возможны два противоположных процесса: гомогенизация (выравнивание концентраций элементов по объе­мам зерен) и сегрегация (накопление элементов на отдельных со­ставляющих структуры, границах зерен и скоплениях дефектов кристаллической решетки).

Гомогенизация приводит к устранению МХН, возникшей в ре­зультате процесса ликвации при первичной кристаллизации спла­ва. Последняя наиболее ярко выражена в литом металле и сварном шве после завершения процесса затвердевания, однако в значи­тельной степени сохраняется и в деформированном металле даже после неоднократной термической обработки. Гомогенизация про­исходит в результате растворения избыточных фаз и выравниваю­щей диффузии элементов по объему.

Для двухкомпонентных сплавов движущей силой выравни­вающей диффузии является градиент концентрации, а ее скорость пропорциональна коэффициенту диффузии растворенного элемен­та. В литых сплавах градиент концентрации зависит от состава сплава и размера элементов первичной кристаллизации (ячеек, ветвей дендритов). Чем они мельче, тем выше градиент концен­трации. В этом случае также мельче частицы избыточных фаз. Эти два фактора способствуют ускорению общей скорости гомогени­зации. Заметное развитие гомогенизация получает в области тем­ператур свыше 0,87^ как в процессе нагрева, так и при охлажде­нии. По мере развития гомогенизации ее скорость постепенно за­тухает, поскольку уменьшается градиент концентрации.

Перераспределение элементов между объемом зерен и их гра­ницами имеет сложный характер и зависит от температуры. Пре­дельное развитие процесса - образование так называемой равновес­ной сегрегации элементов на границах зерен, которая оценивается отношением равновесных концентраций элементов на границе Сф и

в объеме зерна С3. Сегрегация примесей на границах приводит к образованию зернограничной МХН (см. разд. 12.6.2).