Krystalizacja spoiny

Jeżeli ciekły metal zostanie ochładzany, to po dojsciu do temperatury krzepnięcia (temperatury solidusu Ts) zostaje uzyskany stan równowagi między fazą ciekłą a stałą.
Aby nastąpił proces krystalizacji, muszą być spełnione następujące warunki:

• roztopiony metal musi osiągnąć pewien stopień przechłodzenia,
• muszą wytworzyć się zarodki krystalizacji,
• utworzony zarodek krystalizacji przy danej temperaturze przechłodzenia, powinien mieć conajmniej wymiar krytyczny.

Zarodki krystalizacji tworzą się w całej objętości roztopionego metalu, a w wyniku rozrastania się stykają się ze sobą tworząc pierwotne ziarna skrzepniętego metalu. Im większa liczba zarodków krystalizacji znajduje się w danej objętości cieczy, tym nowo powstająca pierwotna struktura jest bardziej drobnoziarnista.

Aby proces krystalizacji postępował, temperatura jeziorka ciekłego metalu musi być niższa od temperatury krzepniecia czystych metali lub temperatury likwidusu stopu tych metali.Rozrózniamy dwa rodzaje przechłodzenia cieplne i stężeniowe.

Przechłodzenie cieplne powstaje w wyniku odprowadzania ciepła na granicy styku fazy ciekłej z fazą stałą w kierunku zakrzepniętego metalu. Takie przechłodzenie moze nastąpić w przypadku, gdy brak jest zarodków krystalizacji. Jeżeli jednak takie zarodki istnieją to przy ich rozroście energia cieplna krzepnięcia, która jest wyzwalana, musi być mniejsza od energii cieplnej odprowadzanej. W spoinie zawsze wystepują zarodki zdolne do krystalizacji.

Po rozpoczeciu krystalizacji temperatura w całym jeziorku wzrasta, az do punktu bliskiego temperatury równowagi krzepnięcia. Przechładzanie cieplne ma zatem znaczenie tylko przy tworzeniu zarodków krystalizacji. Rozrost tych zarodków zostaje natomiast określony przechłodzeniem stężeniowym, którego mechanizm zostaje uruchomiony dopiero po rozpoczęciu krzepnięcia.

Przechłodzenie stężeniowe występuje wówczas, gdy w pewnym zakresie temperatur następuje zakrzepnięcie części stopiwa i zawarte w metalu zanieczyszczenia i składniki stopowe gromadzą się przed frontem krystalizacji. Składniki te gromadzą się w stopiwie, tuż przed czołem krzepniecia, powodują obniżenie temperatury krzepnięcia. Temperatury tej nie można określić za pomocą układu okresowego.