Лекция №5 Особенности кристаллизации металла сварного шва Теория сварочных процессов
advertisement
Лекция №5 Особенности кристаллизации металла сварного шва Теория сварочных процессов Кристаллизация – это фазовый переход тела из жидкого состояния в твёрдое. F = U-ST F – свободная энергия U – потенциальная внутренняя энергия системы. ST – связанная часть внутренней энергии системы. S – энтропия Теория сварочных процессов Энтропия – это свойство системы характеризующее неупорядоченно тепловое движение элементов системы и их механическое взаимодействие. Теория сварочных процессов 1 – свободная энергия системы в жидком состоянии 2 – свободная энергия системы в твёрдом состоянии Теория сварочных процессов Точка пересечения называется равновесной температурой плавления - Тпл Тфк – температура фактической кристаллизации. ∆𝑇 = 𝑇пл − 𝑇фк - степень переохлаждения (0,1…1000С – зависит от скорости охлаждения) Теория сварочных процессов Основные этапы кристаллизации: Теория сварочных процессов 1) Образование центров кристаллизации (зародышей) ж – жидкость ц.к. – центр кристаллизации Теория сварочных процессов 2) Рост твёрдой фазы В зависимости от способов образования центров кристаллизации существует гомогенная и гетерогенная кристаллизация. Теория сварочных процессов 1) Гомогенная кристаллизация. Происходит в условиях отсутствия готовых центров кристаллизации и каких-либо внешних воздействий на систему. В этом случае кристаллизация образуется в результате флуктуации энергии. Флуктуация энергии – отклонение значении энергии отдельных частей системы от среднего значения. Теория сварочных процессов 2) Гетерогенная кристаллизация. Происходит в условиях готовых центров кристаллизации. Пример кристаллизации сварного шва: ТВ – твёрдое тело зерно ОМ –зерно основного металла Тфк – линия, нагретая до температуры фактической кристаллизации. Теория сварочных процессов При литье: Теория сварочных процессов Особенности кристаллизации сварных швов. Теория сварочных процессов 1. При сварке имеет место направленный рост кристаллов: Q – отвод тепла 1 – столбчатый кристаллит 2 – равноосные кристаллиты Теория сварочных процессов Равноосный кристаллит образуется в тех зонах, где тепло отводится во все стороны. ФК – фронт кристаллизации Теория сварочных процессов 2. Кристаллизация идёт прерывисто Теория сварочных процессов Существует две причины прерывистой кристаллизации: кристаллизация в условиях термического переохлаждения. Характерна для чистых металлов. кристаллизация в условиях концентрационного переохлаждения. Теория сварочных процессов Кристаллизация в условиях термического переохлаждения. Теория сварочных процессов Происходит в III стадии. ТВ – твёрдая фаза Ж – жидкая фаза ФК – фронт кристаллизации Tпл – температура плавления Q – скрытая теплота, выделяющаяся на ФК Тд – действительная температура - зона переохлаждения Xт – зона термического переохлаждения. I – процесс остановки кристаллизации. Теория сварочных процессов На II стадии температура на фронте кристаллизации снижается, но остаётся выше температуры плавления. В момент, когда действительная температура на ФК опускается до температуры плавления, перед фронтом кристаллизации образуется значительная зона переохлаждения. Кристаллит увеличивается на величину зоны термического переохлаждения. Теория сварочных процессов
