IMG51

jest w równowadze z pozostałą fazą ciekłą w każdej temperaturze pomiędzy temperaturami likwidus i solidus. W tym przedziale temperatury składy równowagowe współistniejących faz są określone za pomocą przedziału pomiędzy izotermami likwidus i solidus oraz trójkątnym obszarem eutektycznym. W temperaturze solidus skład roztworu stałego wynosi C₀ i krzepnięcie jest zakończone.

Mikrostruktury stali austenitycznych o składzie około 20% Cr i 10% Ni zawierają około 5-H0% ferrytu 8 w temperaturze pokojowej, mimo że poniżej temperatury solidus struktura komórkowo-dendrytyczna składa się prawie całkowicie z ferrytu 5. Wynika z tego, że przemiana ferrytu 8 w austenit zachodzi już po zakrzepnięciu.

Z analizy układu 70% Fe i 30% (Ni + Cr) (rys. 6.49) wynika, że poniżej linii solidus stop o składzie C₀ osiąga stabilny obszar ferrytu 8. W temperaturze 7j stop ten przecina krzywą rozpuszczalności w stanie stałym i osiąga obszar dwufazowy austenitu i ferrytu 8. W punkcie tym, jeżeli warunki równowagi są utrzymane, z ferrytu o składzie C₀ zaczyna się wydzielać austenit o składzie C₂, wzbogacony w Ni i zubożony o Cr. Jeżeli stop będzie dalej chłodzony zgodnie z warunkami równowagi, austenit powstający z ferrytu będzie wzbogacany w Cr dopóty, dopóki nie osiągnie składu C₀. Ostatecznie pozostający ferryt 8 w temperaturze T₂ osiągnie skład C₃, a więc będzie wzbogacony w Cr.

Omówiony powyżej proces krzepnięcia dotyczy stopów o składzie nominalnym C₀, tzn. o większej zawartości Cr w stosunku do eutektyki Fe-Cr-Ni, w których pierwszą krystalizującą fazą jest ferryt 8.

Krystalizacja z wydzielaniem pierwotnego austenitu zachodzi w stopach o zawartości Cr poniżej składu odpowiadającego trójkątnemu obszarowi eutektyki (rys. 6.49).

6.6.2. Krystalizacja nierównowagowa

W procesach spawalniczych szybkość chłodzenia jest duża i w związku z tym nigdy nie występuje stan równowagi, a w skrajnych przypadkach możliwe jest nawet znaczne odejście od tego stanu. Krzepnięcie spoin stanowi więc typowy przykład krystalizacji nierównowagowej .

W procesie krystalizacji nierównowagowej wyróżnić można trzy okresy:

1)    początkowy,

2)    stacjonarny (ustalony),

3)    końcowy.

Na rysunku 6.50 przedstawiono schematycznie zmiany stężenia składników podczas krystalizacji nierównowagowej dla k_Q< 1 (rys. 6.50a, c) i K> * (rys. 6.50b, d). W okresie początkowym (dla k₀< 1) stężenie fazy stałej zmienia się od k₀C₀ do C₀. Skład fazy ciekłej po przeciwnej stronie płaszczyzny rozdziału zmienia się od kJC₀ i w wyniku dyfuzji osiąga stężenie C₀ w pewnej odległości od powierzchni rozdziału (rys. 6.50a, b). Jeżeli w fazie ciekłej dla danej prędkości krystalizacji ustali się określony rozkład domieszki, rozpoczyna się ustalony (stacjonarny) okres krzepnięcia i faza stała o stężeniu C₀ tworzy się pa przeciwnej stronie płaszczyzny rozdziału w sposób ciągły z cieczy o stężeniu k₀IC₀ (rys. 6.50c. d).

W końcowym okresie krzepnięcia w bardzo małej objętości fazy ciekłej stężenie domieszki gwałtownie rośnie. Jeśli w układzie występuje eutektyka, ciecz może osiągnąć skład

261