Гомогенное зарождение
Гомогенное зарождение описывает спонтанное образование зародышей кристаллов прямо в чистом расплаве без какой-либо чужеродной поверхности. Для этого расплав должен сильно переохладиться, часто на 100 до 300 кельвинов ниже точки плавления. В сварочной практике такой случай почти не встречается, потому что сварочная ванна всегда даёт достаточно чужеродных зародышей для обычного гетерогенного зарождения (на чужеродных поверхностях).
Физико-химический механизм действия
В однородном расплаве атомы движутся беспорядочно. При охлаждении случайно образуются небольшие группы атомов, которые задают кристаллическую структуру. Эти группы чаще всего сразу распадаются, потому что их поверхность требует энергии. Только если расплав сильно переохлаждён, некоторые из этих зародышей растут дальше. Необходимое переохлаждение часто составляет от 100 до 300 Кельвина ниже точки плавления. Таким образом, гомогенное зарождение требует высокой энергетического барьера и происходит только в очень чистых, свободных от частиц расплавах.
Металлургическая значимость и риски при сварке
В сварочной ванне всегда есть чужеродные поверхности: кромки шва, оксидные плёнки, остатки сварочного порошка, легирующие элементы. На этих поверхностях кристаллические зародыши возникают гораздо легче, потому что поверхностная энергия снижается. Поэтому затвердевание почти всегда происходит гетерогенно. Гомогенное зарождение возникает только в чрезвычайно чистых расплавах, например, при специальных сварках в вакууме. Риск: если гомогенное зарождение всё же происходит, ванна затвердевает мгновенно после сильного переохлаждения. Газы, которые были растворены ранее, не могут больше выйти и образуют поры. Кроме того, возникают высокие остаточные напряжения из-за внезапного скачка объёма.
Практика в мастерской и указания к действию
Практик не может напрямую влиять на гомогенное зарождение, но он может сделать его маловероятным. Для этого он обеспечивает много чужеродных зародышей в сварочной ванне: легировать модификаторы, такие как титан или алюминий, использовать сварочные присадки с мелко распределёнными оксидами или карбидами. Эти частицы действуют как зародыши и запускают кристаллизацию уже при небольшом переохлаждении. Так образуется мелкозернистая, вязкая структура без пористости. Не держи сварочную ванну без необходимости долго жидкой и избегай слишком высокой чистоты материалов, если за этим не стоит специальное применение.