Полигонизационные трещины
В отличие от кристаллизационных трещин, полигонизационные, или подсолидусные, трещины возникают не по первичным границам кристаллов, а по участкам, где сосредоточены несовершенства кристаллической решетки,— полигонизационным границам. Исследования показали, что новые, или вторичные, границы, не совпадающие с первичными дендритными формами, образуются при кристаллизации металлов, не претерпевающих полиморфных превращений. Возникновение этих границ объясняется полигонизацией — возникновением стенок дислокаций под действием усадочных и термических напряжений при очень высоких температурах, близких к солидусу. В процессе полигонизации линейные дислокации, движущиеся вначале в плоскостях скольжения, затем выходят из плоскости и образуют вертикальные стенки. Связь полигонизации с процессами скольжения приводит к неравномерности развития процесса полигонизации в отдельных кристаллитах. В большей мере подвержены полигонизации кристаллиты, благоприятно расположенные для скольжения. Поскольку дислокации при восхождении перемещаются на небольшие расстояния, скорость полигонизации может быть довольно большой. Развитию сетки полигонизационных границ препятствуют включения избыточных фаз, в силу чего эти границы развиваются после затвердевания только в однофазных сплавах и чистых металлах, кристаллизующихся в узком интервале температур. Полигонизационные границы, которые в литом металле, по-видимому, будут отличаться значительной рыхлостью, могут стать местом образования трещин. Процесс образования полигонизационных трещин довольно хорошо описывается моделью, предложенной в работе: Шоршоров М. X., Ерохин А. А., Чернышева Т. А. и др. Горячие трещины при сварке жаропрочных сплавов.— М.: Машиностроение, 1973.— 224 с. Согласно этой модели возникновение зародышевых трещин при высоких температурах является следствием выделения вакансий на границах, перпендикулярных действию растягивающих напряжений. В условиях сварки металл сварного шва пересыщен вакансиями благодаря неравновесной кристаллизации металла сварочной ванны, исчезновению дислокаций в ходе миграции границ зерен, генерированию вакансий у границ, перпендикулярных действию напряжений. Однако наличие вакансий еще не является обязательным условием образования зародышевых трещин. Необходимое условие из образования — межзеренное проскальзывание, которое приводит к раскрытию ступенек на границах существующих в металле микрополостей. Последние, достигнув при проскальзывании критического размера, в дальнейшем развиваются как трещины. Помимо межзеренного проскальзывания в образовании полигонизационных трещин важную роль играет процесс миграции границ зерен. Рассмотрим, какие факторы влияют на миграцию границ и межзеренное проскальзывание. Как показали исследования, величина проскальзывания в значительной мере зависит от ориентации границ относительно оси шва и возрастает с увеличением диаметра зерна. Миграция практически не зависит от размеров зерна и происходит в направлении, совпадающем с потоком вакансий. На процессы проскальзывания и миграции влияет наличие легирующих примесей в металле. Добавки легирующих компонентов уменьшают скорость миграции границ, причем, чем больше различие в атомных радиусах растворителя и растворенного компонента, тем заметнее снижается подвижность границы. Подобное влияние должно увеличить вероятность образования зародышевой трещины. Это объясняется тем, что при миграции границы с большой скоростью переход ее в новые положения, лишенные искажений, снижает вероятность межкристаллитного разрушения. Однако введение легирующих добавок, помимо снижения скорости миграции границ, способствует вследствие уменьшения скорости выделения вакансий по границам или создания неровных зубчатых границ кристаллов снижению величины проскальзывания. Последнее является причиной уменьшения опасности образования полигонизационных трещин. Поэтому в зависимости от того, на какой из процессов (миграцию или межзеренное проскальзывание) больше повлияет введение в металл легирующих компонентов, будет определяться и вероятность образования зародышей полигонизационных трещин. Влияние примесей на процесс образования полигонизационных трещин может быть связано и с изменением величины поверхностной энергии вскрывающейся трещины при разрушении межкристаллитных поверхностей. Рассматривая влияние примесей на процесс образования полигоиизационных трещин, необходимо отметить еще одну особенность. Введение в металл примесей, сильно искажающих кристаллическую решетку и тем самым увеличивающих плотность несовершенств, приводит к ускорению процесса полигонизации. В условиях сварки на процесс полигонизации можно воздействовать также изменением скорости охлаждения. Увеличение скорости охлаждения в области высоких температур приводит к снижению скорости процесса полигонизации. Однако при этом нельзя забывать, что повышение скорости охлаждения обычно вызывает увеличение растягивающих напряжений, которые могут привести к образованию трещин по полигонизационным границам. Этого можно в какой-то мере избежать, если охлаждать не все соединение, а только хвостовую часть сварочной ванны, например, за счет введения в нее независимой присадочной проволоки. Полностью подавить процесс полигонизации можно путем образования второй высокотемпературной фазы, равномерно распределенной по шву. В заключение отметим, что, поскольку полигонизационные трещины характерны лишь для небольшого класса металлов (однофазные сплавы и чистые металлы), этот вид дефектов сравнительно редко встречается в сварных швах. Источник: Деев Г.Ф., Пацкевич И.Р. - Киев, Наук. думка, 1984. См. также:
| 
