Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 23 ... 69 ... 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Материалы, упрочненные дисперсными частицами или волокнами, можно подвергать сварке, не нарушая структуры упрочняющей фазы и не снижая эффективности упрочнения, а также сохраняя структуру зерен ... При этом можно исключить изменение свойств свариваемых материалов, повысить качество и надежность изделий, увеличить срок их эксплуатации и оптимизировать технологический цикл изготовления промышленной продукции ... Данная технология применяется почти во всех отраслях хозяйства, а в ряде случаев именно благодаря наличию такого эффективного способа соединения материалов стало возможным создание принципиально новой промышленной продукции ... Поэтому основным направлением исследований в области разработки технологий является поиск методов интенсификации процесса диффузионной сварки, которые позволили бы получать высококачественные сварные соединения при температурах (0,2 ... Благодаря таким слоям температура процесса не превышает 530 °С, макропластическая деформация деталей отсутствует, а прочность соединения не ниже, чем у соединяемых материалов ... Циолковского, МИСиС (ТУ), а также других вузов и научно-исследовательских институтов за творческую помощь и поддержку при проведении исследований, обработке полученных данных и подготовке рукописи ... Методы интенсификации процесса диффузионной сваркиНа всем протяжении развития диффузионной сварки механизму образования соединения в твердой фазе уделялось особое внимание ... Современный этап развития теоретических представлений о соединении материалов характеризуется изучением физической природы явлений, разработкой расчетных моделей и получением аналитических зависимостей для определения оптимальных параметров режима диффузионной сварки ... В существующих гипотезах по-разному объясняется процесс формирования соединения, в частности придается неодинаковое значение влиянию реальной структуры соединяемых поверхностей ... Они считали, что свариваемость не является свойством металла, а зависит от условий на поверхности и ею можно управлять, изменяя механические свойства поверхностных пленок в желаемом направлении ... Этот подход не учитывает также природу соединяемых материалов, роль структурных дефектов, энергетическое состояние атомов в процессе пластического деформирования и другие факторы ... Опыты показали, что наиболее существенное влияние на схватывание металлов оказывает различие в их атомных радиусах; различие только в форме и строении кристаллических решеток не сказывается на способности металлов к схватыванию ... Циолковского, МИСиС (ТУ), а также других вузов и научно-исследовательских институтов за творческую помощь и поддержку при проведении исследований, обработке полученных данных и подготовке рукописи ... Методы интенсификации процесса диффузионной сваркиНа всем протяжении развития диффузионной сварки механизму образования соединения в твердой фазе уделялось особое внимание ... Современный этап развития теоретических представлений о соединении материалов характеризуется изучением физической природы явлений, разработкой расчетных моделей и получением аналитических зависимостей для определения оптимальных параметров режима диффузионной сварки ... В связи с ' большим различием в электронном строении атомов, статических 5 и динамических параметрах решетки эти приповерхностные слои I на глубине дебаевского радиуса экранирования имеют принципи- * ально другие количественные соотношения, характеризующие спо- " собность к взаимной растворимости веществ и ее предельные ог- раничения ... Однако такой подход нельзя считать правомерным, поскольку слабые дисперсионные и электростатические силы не могут обеспечить получение соединения, прочность которого сопоставима с прочностью одного из соединяемых материалов ... Кроме того, без образования в зоне контакта прочных химических связей невозможны дальнейшие процессы релаксационного характера, такие, как диффузия и связанные с ней рекристаллизация, образование новых фаз и др ... В связи с ' большим различием в электронном строении атомов, статических 5 и динамических параметрах решетки эти приповерхностные слои I на глубине дебаевского радиуса экранирования имеют принципи- * ально другие количественные соотношения, характеризующие спо- " собность к взаимной растворимости веществ и ее предельные ог- раничения ... Другими словами, рекристаллизационная гипотеза рассматривает процессы структурных изменений в зоне соединения после того, как завершилось схватывание контактных поверхностей ... Следуя этой точке зрения, можно заключить, что увеличение ширины зоны взаимной диффузии должно сопровождаться улучшением механических свойств соединений ... Для проявления схватывания необходимо, чтобы энергия атомов, находяшихся в контактирующих металлах, превысила определенный для каждого металла уровень, который можно назвать энергетическим порогом схватывания ... Красулина [7], показавшего, что процесс образования соединения при любом способе сварки без расплавления следует рассматривать как топохимическую реакцию, в которой можно выделить три основные стадии ... Последний вариант реализуется в случае, когда материалы имеют резко отличные свойства и их сближение осуществляется за счет пластической деформации хотя бы одного из них ... При этом происходит активация контактной поверхности пластически деформированного материала за счет выхода дислокаций, что создает условия для образования слабых химических связей ... Сварочное давление, приложенное к деталям с такой поверхностью, обеспечивает более высокую скорость микропластической деформации по сравнению со случаем, когда поверхность имеет микровыступы с большим углом при вершине ... Пластическая деформация, обусловленная движением дислокаций, всегда приводит к образованию на поверхности характерного рельефа — следов скольжения как по границам зерен, так и в их объеме ... Если движущая сила миграции такой границы достаточна для начала ее перемещения из плоскости контакта, то полный физический контакт может образоваться за счет растворения дефектов, расположенных внутри зерен ... Его влияние на формирование соединения наиболее значительно, когда развитие рельефа и сближение контактных поверхностей происходят примерно с одинаковой интенсивностью ... Сварочное давление, приложенное к деталям с такой поверхностью, обеспечивает более высокую скорость микропластической деформации по сравнению со случаем, когда поверхность имеет микровыступы с большим углом при вершине ... Пластическая деформация, обусловленная движением дислокаций, всегда приводит к образованию на поверхности характерного рельефа — следов скольжения как по границам зерен, так и в их объеме ... Если движущая сила миграции такой границы достаточна для начала ее перемещения из плоскости контакта, то полный физический контакт может образоваться за счет растворения дефектов, расположенных внутри зерен ... Его влияние на формирование соединения наиболее значительно, когда развитие рельефа и сближение контактных поверхностей происходят примерно с одинаковой интенсивностью ... Сварочное давление, приложенное к деталям с такой поверхностью, обеспечивает более высокую скорость микропластической деформации по сравнению со случаем, когда поверхность имеет микровыступы с большим углом при вершине ... Многочисленные экспериментальные исследования показали, что при изотермическом нагреве образцов без приложения внешнего давления формирование физического контакта происходит в результате пластического течения металла под действием сил поверхностного натяжения или диффузионного массообмена ... В этих случаях схватывание — нежелательный процесс, и использование различных антифрикционных смазочных материалов при наличии контактирующих поверхностей позволяет предотвратить его ... Многочисленные экспериментальные исследования показали, что при изотермическом нагреве образцов без приложения внешнего давления формирование физического контакта происходит в результате пластического течения металла под действием сил поверхностного натяжения или диффузионного массообмена ... Наибольшая прочность сварного соединения достигается при наличии на поверхности максимально возможного числа активных центров (или при их максимальной площади) ... В течение этой стадии происходит развитие взаимодействия соединяемых материалов как в плоскости контакта (с образованием прочных химических связей), так и в объеме зоны контакта ... Однако для обеспечения требуемой прочности соединения часто необходимо дальнейшее развитие релаксационных процессов типа рекристаллизации, а иногда и гетеродиффузии ... Наибольшая прочность сварного соединения достигается при наличии на поверхности максимально возможного числа активных центров (или при их максимальной площади) ... В течение этой стадии происходит развитие взаимодействия соединяемых материалов как в плоскости контакта (с образованием прочных химических связей), так и в объеме зоны контакта ... Однако для обеспечения требуемой прочности соединения часто необходимо дальнейшее развитие релаксационных процессов типа рекристаллизации, а иногда и гетеродиффузии ... Красулиным [7] на примере соединения алюминия с кремнием при исследовании структуры зоны контакта на поверхности кремния и расчете напряжений вокруг дислокаций ... Различие заключается в кинетике отдельных стадий процесса, на которую оказывают влияние температура, характер и интенсивность деформирования материалов, степень локализации деформаций и особенности развития релаксационных процессов в зоне соединения ... С помощью этой схемы можно выбирать технологические воздействия, которые интенсифицируют те или иные физико-химические процессы в контактной зоне на каждой стадии ... Красулиным [7] на примере соединения алюминия с кремнием при исследовании структуры зоны контакта на поверхности кремния и расчете напряжений вокруг дислокаций ... Различие заключается в кинетике отдельных стадий процесса, на которую оказывают влияние температура, характер и интенсивность деформирования материалов, степень локализации деформаций и особенности развития релаксационных процессов в зоне соединения ... С помощью этой схемы можно выбирать технологические воздействия, которые интенсифицируют те или иные физико-химические процессы в контактной зоне на каждой стадии ... Красулиным [7] на примере соединения алюминия с кремнием при исследовании структуры зоны контакта на поверхности кремния и расчете напряжений вокруг дислокаций ... Возникающие при этом искажения кристаллической решетки не только ускоряют диффузию, но и облегчают образование областей, содержащих вакансии, что интенсифицирует взаимодействие соединяемых материалов ... Переменные напряжения вызывают генерирование новых источников дислокаций и увеличение подвижности последних, что интенсифицирует взаимную диффузию металлов ... В свариваемых деталях под воздействием динамической нагрузки происходит локальная пластическая деформация в зоне контакта и образование сварного соединения ... Соединяемые детали приводят в контакт друг с другом, нагревают любым известным способом до температуры, более низкой по сравнению с температурой размягчения диэлектрика, прикладывают напряжение заданной величины и полярности и определенное время выдерживают в этих условиях ... Возникающие при этом искажения кристаллической решетки не только ускоряют диффузию, но и облегчают образование областей, содержащих вакансии, что интенсифицирует взаимодействие соединяемых материалов ... Переменные напряжения вызывают генерирование новых источников дислокаций и увеличение подвижности последних, что интенсифицирует взаимную диффузию металлов ... Повышенная концентрация дефектов облегчает образование активных центров в условиях сварки, вызывает возрастание параметров диффузии взаимодействующих материалов и интенсифицирует другие физические процессы в контакте ... Кроме того, эти методы требуют разработки технологий, создания высокоточного сварочного и специализированного оборудования и прецизионной оснастки, а также значительных материальных затрат ... Повышенная концентрация дефектов облегчает образование активных центров в условиях сварки, вызывает возрастание параметров диффузии взаимодействующих материалов и интенсифицирует другие физические процессы в контакте ... Кроме того, эти методы требуют разработки технологий, создания высокоточного сварочного и специализированного оборудования и прецизионной оснастки, а также значительных материальных затрат ... Алюминиевый сплав АМц сваривают со сталью 15 через слой никеля, нанесенный гальваническим методом на поверхность стали с предварительно осажденным тем же методом подслоем меди ... При взаимной диффузии это различие служит причиной заметного изменения периода кристаллической решетки никеля, приводящего к формированию нестабильных промежуточных фаз ... Тем не менее использование промежуточных слоев никеля на вызывает образования в сварном шве зоны интерметаллидов, обладающей чрезвычайно высокой хрупкостью и твердостью ... Казакова и его коллег известно, что с помощью диффузионной сварки можно получить высококачественные соединения металлов при температурах, составляющих (0,7 ... Даного диапазона температур вполне достаточно для того, чтобы сформировался надежный физический контакт соединяемых поверхностей, образовались активные центры взаимодействия и начался процесс ускоренного диффузионного обмена ... Несмотря на то что процесс взаимодействия как металлов, так и неметаллов является топохимической реакцией, протекающей на активных центрах в три стадии, тип связей, возникающих в соединении, определяется природой материалов ... В зоне контакта проволоки, колеблющейся с ультразвуковой частотой, происходит локальное расплавление материала, а при ее удалении от этого участка — слияние свариваемых поверхностей, застывание и образование сварного шва ... Сварка через промежуточный слой позволяет избежать макроскопической деформации приконтактной области блз годаря деформированию промежуточного слоя, вид которого (фоль- ' га, порошок, напыленное в вакууме или гальваническое покры- | тие) определяется не только технологическими возможностями производства, но и физико-химическими и механическими свойствами свариваемых материалов, параметрами режима сварки, условиями эксплуатации полученных соединений и т ... Свойства промежуточных слоевФольга, полученная прокаткой расплавленного металла, по ак-!:тивности поверхности почти не уступает компактным сваривае-||мым материалам ... Такие слои достаточно полно насыщаются легирующими элементами из жаропрочных сплавов, В результате термообработки степень химической, структурной и механической неоднородности уменьшается настолько, что сварные соединения становятся более жаропрочными, чем при использовании промежуточных слоев другой толщины ... Более того, взаимная диффузия металлов основы и покрытия способствует их надежному сцеплению как при нанесении слоя, так и в процессе сварки, если диффузия сопровождается образованием твердого раствора ... Внешние слои гальванических покрытий, состоящие из более крупных кристаллитов, обладают более низкой твердостью, чем расположенные ближе к подложке мелкокристаллические слои ... Между покрытием и основой образуется переходная область переменного состава не в результате обычной диффузии, а вследствие проникновения в глубь подложки частиц и ионов с высокой кинетической энергией ... А это позволяет получать сварные соединения, которые имеют не только высокие прочностные характеристикино и такие же электрофизические свойства, как у основных материалов ... Довольно низкая температура сварки обеспечена благодаря применению порошка с повышенной дисперсностью и дефектностью кристаллической структуры, который активно спекался уже при температуре 300 "С ... Для повышения прочности сварных соединений после сварки проводят дополнительную изотермическую выдержку при более высокой температуре уже без давления ... После нанесения на поверхность детали жидкая масса равномерно растекается, спирт испаряется на воздухе, и на свариваемой поверхности остается равномерный слой УДП ... Это значительно облегчает нанесение такого слоя на свариваемые поверхности, особенно со сложной конфигурацией и упрошает процесс получения сварного шва равномерной толщины и плотности ... Основы применения порошков в качестве промежуточных слоевПри соединении материалов диффузионной сваркой через по рошковые промежуточные слои происходит спекание под давле ... Пи неса, авторы тщательно и всесторонне изучили процесс спекани порошковых тел и показали, что уплотнение пористого тела обус ловливается тенденцией к уменьшению свободной поверхностноэнергии ... Данный процесс является непороговым и осуществляется под влиянием капиллярного (лапласовского) давления, приложенного к участкам свободных поверхностей пористого тела ... Кроме того, причиной увеличения активности порошка при спекании может быть возрастание концентрации дислокаций, вдоль которых отмечается повышенная диффузионная подвижность атомов ... Даже незначительное количество примеси в спекаемом порошке существенно влияет на кинетику уплотнения как в начальный период, так и на стадии диффузионной ползучести ... Затем на участках соприкосновения частиц с поверхностью протекает пластическая деформация с образованием активных центров и установлением между ними химическое связи ... Компоненты слоя, усиливающие диффузию и снижающие температуру процесса, улучшают припекаемость, а компоненты, образующие на поверхности трудновосстанавливаемые оксиды и ослабляющие диффузию, ухудшают ее ... Установлено, что небольшое давление (до 3 МПа) активирует спекание порошка, причем с ростом давления его усадка увеличивается, что может быть объяснено повышением эффективного коэффициента диффузии ... При приложении небольшого давления (около 20 кПа) в процессе спекания медного порошка температура начала его заметной усадки и схватывания с поверхностью составляет 220 °С ... На начальной стадии спекания повышение давления способствует увеличению скорости усадки, сопровождающейся «залечиванием» мелких пор, причем суммарный объем пор уменьшается в основном за счет исчезновения наиболее мелких из них, тогда как средний размер пор при этом меняется незначительно ... Под влиянием внешнего давления ускоряется процесс собирательной рекристаллизации вследствие уменьшения общего числа пор, которые могут оказывать тормозяшее влияние на рекристаллизационное смещение границ ... Даже незначительное количество примеси в спекаемом порошке существенно влияет на кинетику уплотнения как в начальный период, так и на стадии диффузионной ползучести ... Затем на участках соприкосновения частиц с поверхностью протекает пластическая деформация с образованием активных центров и установлением между ними химическое связи ... Компоненты слоя, усиливающие диффузию и снижающие температуру процесса, улучшают припекаемость, а компоненты, образующие на поверхности трудновосстанавливаемые оксиды и ослабляющие диффузию, ухудшают ее ... Способы получения ультрадисперсных порошков металлов и их смесейСогласно принятой классификации ультрадисперсными называют порошки с размерами частиц менее 0,1 мкм ... В структуре частиц УДП реализуется особый тип дальнего порядка, при наличии которого существует определенная закономерность в изменении межатомного расстояния при перекоде от центра частицы к ее поверхности ... Порошковые материалы находят применение в технологических процессах, осуществляемых в порошковой металлургии, при проведении каталитических реакций, в системах записи и передачи информации, при сварке плавлением, а в настоящее время — и при получении сварных соединений в твердой фазе ... При малом размере частиц УДП обладают чрезвычайно развитой свободной поверхностью, что, по существу, определяет основные физико-химические и механические характеристики изготавливаемых из них изделий ... Высокая дисперсность, значительная удельная поверхность порошков и наличие кристаллической структуры предопределяют многие их необычные свойства, в частности повышенную активность при прессовании и спекании ... |
Металловедение сварки и термическая обработка сварных соединений
Технология и оборудование контактной сварки. Учебное пособие для машиностроительных и политехнических втузов
Контактные металлургические процессы при пайке
Диффузионная сварка разнородных материалов: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений
Сварка в среде защитных газов плавящимся и неплавящимся электродом (Рекомендации для «чайников»)
Технология металлов и конструкционные материалы: Учебник для машиностроительных техникумов
Технология металлов и материаловедение