Zarodkowanie homogeniczne
Zarodkowanie homogeniczne opisuje spontaniczne tworzenie się zarodków krystalizacji bezpośrednio w czystym stopie, bez żadnej powierzchni obcej. W tym celu stop musi być silnie przechłodzony, często o 100 do 300 kelwinów poniżej temperatury topnienia. W praktyce spawalniczej ten przypadek występuje rzadko, ponieważ jeziorko spawalnicze zawsze dostarcza wystarczająco dużo obcych zarodków do typowego zarodkowania heterogenicznego (na obcych powierzchniach).
Fizykochemiczny mechanizm działania
W jednorodnej stopionej masie atomy poruszają się chaotycznie. Podczas chłodzenia przypadkowo tworzą się małe grupy atomów, które wyznaczają strukturę krystaliczną. Grupy te zwykle natychmiast się rozpadają, ponieważ ich powierzchnia kosztuje energię. Tylko gdy stop jest silnie przechłodzony, niektóre z tych zarodków rosną dalej. Potrzebne przechłodzenie wynosi często od 100 do 300 kelwinów poniżej temperatury topnienia. Jednorodne zarodkowanie wymaga więc wysokiej bariery energetycznej i zachodzi tylko w bardzo czystych stopach bez cząstek.
Znaczenie metalurgiczne i ryzyka przy spawaniu
W jeziorku spawalniczym zawsze występują obce powierzchnie: brzegi spoiny, warstwy tlenków, resztki topnika, pierwiastki stopowe. Na tych powierzchniach zarodki krystalizacji powstają znacznie łatwiej, ponieważ energia międzyfazowa maleje. Dlatego krzepnięcie przebiega prawie zawsze niejednorodnie. Jednorodne zarodkowanie występuje tylko w wyjątkowo czystych stopach, np. przy spawaniu specjalnym w próżni. Ryzyko: Jeśli jednorodne zarodkowanie jednak nastąpi, jeziorko krzepnie gwałtownie po silnym przechłodzeniu. Gazy, które wcześniej były rozpuszczone, nie mogą już uciec i tworzą pory. Ponadto powstają wysokie naprężenia własne z powodu nagłego skoku objętości.
Praktyka warsztatowa i instrukcje postępowania
Praktyk nie może bezpośrednio wpływać na jednorodne zarodkowanie, ale może uczynić je mało prawdopodobnym. W tym celu zapewnia wiele obcych zarodków w jeziorku: dodaje środki modyfikujące jak tytan lub aluminium, stosuje dodatki spawalnicze z drobno rozproszonymi tlenkami lub węglikami. Te cząstki działają jak zarodki i rozpoczynają krystalizację już przy niewielkim przechłodzeniu. W ten sposób powstaje drobnoziarnista, ciągliwa struktura bez porowatości. Nie utrzymuj jeziorka niepotrzebnie długo w stanie ciekłym i unikaj zbyt wysokiej czystości materiałów, jeśli nie stoi za tym specjalne zastosowanie.