Структурные превращения в сплавах при нагреве и охлаждении

Основными структурными превращениями при сварке являются:

1. Образование границ зерен.

2. Выравнивание границ зерен и рост зерна.

3. Перераспределение атомов химических элементов.

4. Перераспределение дефектов кристаллической решетки.

Образование границ зерен – структурное превращение, присущее литому металлу в период завершения кристаллизации. Границы образуются при срастании кристаллитов с произвольно ориентированными решетками и представляют собой граничные поверхности, насыщенные дефектами кристаллического строения. Зоны срастания выявляются как обогащенные примесями ликвационные участки. Эти участки отличаются от центральных по степени травимости химическими реактивами. В низколегированных и чистых металлах эффект избирательного химического травления ослабевает и границы зерен выявляются термическим травлением. За счет пластической деформации от нагрева различно ориентированных кристаллических решеток на их границах образуются ямки термического травления.

В процессе охлаждения расположение границ зерен меняется. В большинстве случаев границы зерен не совпадают с зонами срастания первичных кристаллитов.

Выравнивание границ зерен и рост зерна связаны со стремлением системы к более равновесному состоянию с меньшей свободной энергией, при этом площадь общей поверхности зерен стремится к минимуму. Волнистая поверхность границ выравнивается, число зерен уменьшается, размер зерен увеличивается. Этот процесс называется вторичной рекристаллизацией.

Степень миграции границ определяется движущими силами миграции и временем пребывания при температурах высокой диффузионной подвижности. Чем более искривлены границы зерен, тем далее система от положения равновесия, тем интенсивней идет рекристаллизация. Движение границ представляет собой обмен атомами и вакансиями.

Наличие примесей тормозит движение границ зерен, поэтому процессы рекристаллизации наиболее выражены для однофазных сплавов и чистых металлов.

В холоднодеформированном металле получил развити процесс первичной рекристаллизации. Движущей силой миграции границ зерен служит энергия пластической деформации, которая уменьшается с ростом зерна. Первичная рекристаллизация начинается при нагреве до температур рекристаллизации Т_рек , причем Т_рек < 0,4Т_пл .С увеличением степени пластической деформации Т_рек уменьшается.

Перераспределение примесей и легирующих элементов происходит в период их пребывания в температурных областях их существенной диффузионной подвижности. При этом возможны два варианта процесса :

а) гомогенизация – выравнивание концентраций по объему;

б) сегрегация – концентрация примесей по границам зерен или накопление их на отдельных фазах.