12.02.2018

Границы в однофазном аустенитном металле шва


Важно понимать природу различных границ, присутствующих в металле шва аустенитных сталей, так как многие дефекты литого металла как при обработке, так и при эксплуатации связаны с такими границами. Границы особенно хорошо просматриваются в металле шва при кристаллизации типа А или AF, так как кристаллизационная микроструктура четко видна после полировки и травления. По крайней мере, три различных типа границ можно выявить металлографически. Они показаны схематично на рис. 6.15 и рассмотрены далее.
Границы субзерен кристаллизации

Субзерна кристаллизации представляют собой тонкую структуру, выявляемую с помощью оптического микроскопа. Обычно эти ячейки или дендриты и границы, отделяющие примыкающие субзерна, и называются границами субзерен кристаллизации (SSGB). Эти границы выявляются на микроструктуре, поскольку их химический состав отличается от такового основной микроструктуры. Перераспределение ликвирующих примесей, создающее такое различие химического состава на границе субзерен кристаллизации, определяется вторым типом перераспределения ликвирующих элементов, называемым "разделением".

Вдоль границ имеется некоторая дезориентация, и кристаллографически эти границы характеризуются как малоугловые. Малоугловая дезориентация, приближающаяся к нулю, связана с тем, что рост субзерен при кристаллизации происходит в предпочтительных кристаллографических направлениях (направления "легкого" роста), для металлов с ГЦК и ОЦК решеткой — направление <100>. Вследствие этого плотность дислокаций вдоль границ в целом низкая, так как отсутствует сильная структурная дезориентация.

Границы зерен кристаллизации

Границы зерен кристаллизации (SGB) образуются от пересечения групп (блоков) субзерен. Такие границы — прямой результат конкурентного роста при кристаллизации хвостовой части сварочной ванны. Поскольку каждая группа субзерен имеет различные направление роста и ориентацию, такие пересечения дают границы с высокой угловой дезориентацией. Эти границы называются часто большеугловыми. Дезориентация вдоль них приводит к формированию дислокационной сетки.

На границах зерен отмечается изменение химического состава, являющегося результатом перераспределения элементов при кристаллизации. Перераспределение может моделироваться третьим типом (макроскопическим) перераспределения ликвирующих примесей, которое часто приводит к высокой концентрации ликвирующих элементов и примесей на границах. Это может привести к образованию легкоплавких жидких пленок вдоль границ зерен по завершении кристаллизации, в результате чего могут образоваться кристаллизационные трещины в металле сварного шва. Если кристаллизационные трещины возникают в нержавеющих сталях при сварке, то они почти всегда располагаются по границам зерен кристаллизации.

Мигрирующие границы зерен

Границы зерен, формирующиеся в конце процесса кристаллизации, содержат в себе составляющие химического состава и кристаллографическую. В некоторых случаях имеется возможность для кристаллографической составляющей границы зерен мигрировать от составляющей химического состава. Такая новая граница, которая "уносит" с собой большеугловую дезориентацию "родительской" границы зерна, называется мигрирующей границей зерен (MGB).

Движущей силой миграции является то же, что обусловливает и рост зерен — понижение свободной энергии границ. Исходные границы зерен кристаллизации весьма слабо выражены, так как формируются за счет пересечения противоположно расположенных ячеек и дендритов. Кристаллографические границы могут понизить свою энергию за счет выпрямления и смещаются с исходной границы кристаллизации. Дальнейшая миграция границ возможна при повторном нагреве, например при многопроходной сварке. Поскольку границы, полученные в результате миграции, несут в себе дезориентацию границ кристаллизации, то они являются большеугловыми, обычно с дезориентацией более 30°. Химический состав границы локально меняется в зависимости от состава микроструктуры, по которой граница мигрирует. Также возможно, что возникает некоторая сегрегация вдоль мигрирующей границы по так называемому "мусорному механизму".

Мигрирующие границы зерен наиболее характерны для полностью аустенитного металла шва. Если в металле шва проходит кристаллизация типа AF, то феррит образуется в конце кристаллизации вдоль кристаллизационных границ субзерен и зерен. Этот феррит эффективно действует в "захватывании" кристаллографического компонента границ зерен кристаллизации, таким образом предотвращая миграцию этих границ с исходного положения. В этом случае мигрирующие границы зерен не образуются, так как большеугловые границы не могут мигрировать. Пример таких границ в литом металле однофазной стали марки 304L приведен на рис. 6.16. Следует обратить внимание на то, что реальное расстояние миграции из исходного положения границ при кристаллизации составляет всего лишь от 5 до 10 мкм и что такие границы проходят через центр субзерен кристаллизации.
При кристаллизации типа FA и F кристаллизационные границы субзерен и зерен обычно не видны на микроструктуре. Это объясняется тремя причинами:

1) сегрегация при кристаллизации феррита не столь ярко выражена, как при кристаллизации аустенита;

2) высокотемпературная диффузия имеет большую скорость в феррите, чем в аустените (возможно, в 100 раз);

3) феррито-аустенитное превращение имеет тенденцию маскировать любую сегрегацию в феррите.

Указанные причины относятся и к металлу шва, кристаллизующемуся по типу FA и F. Хотя физически миграция границ должна существовать, однако такие границы практически на отличимы от границ феррит—аустенит.





Яндекс.Метрика