Homogen groningsbildning
Homogen groningsbildning beskriver spontan bildning av kristallkärnor direkt i en ren smälta utan någon främmande yta. För detta måste smältan underkylas kraftigt, ofta 100 till 300 Kelvin under smältpunkten. I svetspraktiken förekommer detta sällan eftersom smältbadet alltid har tillräckligt med främmande kärnor för vanlig heterogen groningsbildning (på främmande ytor).
Fysikalisk-kemisk verkningsmekanism
I en homogen smälta rör sig atomerna oordnat. Vid avkylning bildas slumpmässigt små atomgrupper som ger kristallstrukturen. Dessa grupper sönderfaller oftast direkt igen eftersom deras yta kostar energi. Endast när smältan är starkt underkyld växer några av dessa kärnor vidare. Den nödvändiga underkylningen ligger ofta 100 till 300 Kelvin under smältpunkten. Homogen kärnbildning kräver alltså en hög energibarriär och sker endast i mycket rena, partikelfria smältor.
Metallurgisk relevans & risker vid svetsning
I svetsbadet finns alltid främmande ytor: fogflanker, oxidhudar, svetspulverrester, legeringselement. På dessa ytor bildas kristallkärnor mycket lättare eftersom gränsytenergin sjunker. Därför sker stelningen nästan alltid heterogent. Homogen kärnbildning uppträder endast vid extremt rena smältor, t.ex. vid specialsvetsning i vakuum. Risk: Om homogen kärnbildning ändå sker, stelnar badet hastigt efter stark underkylning. Gaser som tidigare var lösta kan inte längre avges och bildar porer. Dessutom uppstår höga egenspänningar genom det plötsliga volymsprånget.
Verkstadspraxis & handlingsanvisningar
Praktikern kan inte direkt påverka homogen kärnbildning, men han kan göra den osannolik. För detta ser han till att det finns många främmande kärnor i smältbadet: tillsätta inokuleringsmedel som titan eller aluminium, använda tillsatsmaterial med fint fördelade oxider eller karbider. Dessa partiklar fungerar som kärnor och startar kristallisationen redan vid låg underkylning. På så sätt uppstår en finkornig, seg struktur utan porositet. Håll inte smältbadet onödigt länge flytande och undvik för hög renhet på materialen om det inte ligger en specialtillämpning bakom.