Лекция №5 Особенности кристаллизации металла сварного шва Теория сварочных процессов

реклама
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
Скачать