Germination homogène
La germination homogène décrit la formation spontanée de germes cristallins directement dans un bain fondu pur sans aucune surface étrangère. Pour cela, le bain doit être fortement surfondu, souvent de 100 à 300 Kelvin sous le point de fusion. Dans la pratique du soudage, ce cas est rare car le bain de fusion contient toujours suffisamment de germes étrangers pour la germination hétérogène habituelle (sur des surfaces étrangères).
Mechanisme d'action physico-chimique
Dans un bain homogène, les atomes se déplacent de manière désordonnée. Lors du refroidissement, de petits groupes d'atomes se forment aléatoirement, préfigurant la structure cristalline. Ces groupes se dissocient généralement aussitôt, car leur surface coûte de l'énergie. Ce n'est que lorsque le bain est fortement surfondu que certains de ces germes se développent. La surfusion nécessaire se situe souvent entre 100 et 300 Kelvin sous le point de fusion. La germination homogène exige donc une barrière d'énergie élevée et ne se produit que dans des bains très purs, sans particules.
Pertinence métallurgique et risques en soudage
Dans le bain de soudure, il y a toujours des surfaces étrangères : les flancs de la soudure, les peaux d'oxyde, les résidus de flux, les éléments d'alliage. Sur ces surfaces, les germes cristallins se forment plus facilement, car l'énergie interfaciale diminue. C'est pourquoi la solidification est presque toujours hétérogène. La germination homogène ne se produit que dans des bains extrêmement propres, par exemple lors de soudures spéciales sous vide. Risque : si la germination homogène se produit malgré tout, le bain se solidifie brusquement après une forte surfusion. Les gaz qui étaient dissous ne peuvent plus s'échapper et forment des pores. De plus, de fortes contraintes internes apparaissent en raison du saut de volume soudain.
Pratique d'atelier et instructions
Le praticien ne peut pas influencer directement la germination homogène, mais il peut la rendre improbable. Pour cela, il doit introduire de nombreux germes étrangers dans le bain : ajouter des inoculants comme le titane ou l'aluminium, utiliser des produits d'apport avec des oxydes ou carbures finement dispersés. Ces particules agissent comme des germes et démarrent la cristallisation dès une faible surfusion. On obtient ainsi une structure à grains fins et tenace, sans porosité. Ne maintiens pas le bain liquide inutilement longtemps et évite une pureté excessive des matériaux, sauf si une application spéciale l'exige.