ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Оборудование для диффузионной сварки (Н. Ф. Казаков) из "Диффузионная сварка материалов " Выбор методов исследования сварных соединений при диффузионной сварке определяется спецификой изучаемых явлений и состоянием современных методик. Методы, нашедшие широкое практическое применение для исследования диффузионных соединений металлографическое и электронно-микроскопическое исследование спектральный, микрорентгеноспектральный и рентгеноструктурный анализы метод радиоактивных индикаторов измерение микротвердости определение механических свойств при низких и высоких температурах испытания на длительную прочность и ползучесть соединения исследования термостойкости и коррозионной стойкости соединения и др. Одно из основных требований, предъявляемых к применяемым методам, — локальность. Для получения достоверной картины диффузионной зоны необходимо применение нескольких способов исследований. [c.33] Микроструктурный анализ позволяет определить число, размеры, форму, взаимное расположение и количественное соотношение фаз и структурных составляющих. Малые размеры переходной зоны, возникновение ступеньки на шлифе при большом различии механических свойств, различие электрохимических свойств — все это затрудняет изучение зоны соединения с помощью обычного оптического микроскопа. Несколько облегчается задача при применении для обработки соединяемых поверхностей малых скоростей шлифования, жестких алмазных кругов и теплового травления. Локальность анализа определяется разрешающей способностью оптических микроскопов, наибольшее увеличение 1500. [c.33] Метод измерения микротвердости на приборе ПМТ-3 — также широко распространенный метод для изучения диффузионных процессов. Он позволяет оценить глубину диффузионных зон, образующиеся фазы и структурные составляющие с характерной микротвердостью, например, интерметаллидов, эвтектик и т. п. Локальность метода составляет примерно 5 мкм при меньших размерах отпечатка возникает большая относительная ошибка (более 20%). В специальных случаях, если после измерения диагонали отпечатка снять реплики и просмотреть их в электронном микроскопе, можно довести локальность до 1 мкм. Для исследования соединения разнородных материалов применение метода затруднено вследствие наклепа поверхности шлифа, который не может быть устранен. В этом случае необходимо подобрать такие нагрузки и диаметр отпечатка, при которых влияние наклепа было бы минимальным. [c.34] Метод электродвижущей силы основан на явлении возникновения электродвижущей силы в цепи из двух проводников, точки контакта которых поддерживаются при различных температурах. Отношение измеренной термо-ЭДС к перепаду температур характеризует природу проводников. Приспособление для измерения микротермо-ЭДС монтируют на загружающем устройстве ПМТ-3. Одним из проводников используют остроконечную вольфрамовую иглу, вторым — микроучасток поверхности шлифа размером 5—30 мкм (в зависимости от твердости образца). Метод микротермо-ЭДС особенно целесообразно применять для получения ориентировочных данных. [c.34] Метод микрорентгеноспектрального анализа основан на том, что пучок электронов с большой энергией фокусируется системой электромагнитных линз до микронного диаметра и направляется на выбранный участок образца, поверхность которого наблюдается под оптическим микроскопом при увеличении 400— 600. Попадая на образец, электроны возбуждают в анализируемом участке рентгеновское излучение, которое разлагается системой кристаллов в спектр и регистрируется счетчиками. По длине волны и интенсивности.рентгеновского излучения производится качественный и количественный анализы. Чувствительность метода различна для различных элементов. Точность количественного анализа зависит от условий возбуждения излучения и химического состава объекта, так как зависимость интенсивности от концентрации нелинейная. Для точных количественных измерений нужны эталоны, использование которых дает точность до 5 % без эталонов точность 10—15%. В настоящее время применяются серийные отечественные установки МАР-2, французские, английские, японские микроанализаторы. Они позволяют производить анализ элементов от магния до урана при локальности 2—5 мкм. Проектируются установки, которые будут анализировать бор, азот и др. Почти все микроанализаторы снабжены сканирующим устройством, поэтому одновременно можно производить анализ элементов в точке и получать топографическую картину распределения элементов в нескольких характеристических излучениях, а также в отраженных и поглощенных электронах. Метод микрорентгеноспектрального анализа обладает широкими возможностями для анализа структуры и состава переходной зоны. Принципиальным преимуществом этого метода является возможность с наивысшей пока степенью локальности изучать переходную зону многокомпонентных систем. [c.35] Состав переходной зоны можно определить с помощью послойного спектрального анализа по методике, разработанной в Проблемной научно-исследовательской лаборатории диффузионной сварки в вакууме на основании методики спектральной лаборатории Института электросварки им. Е. О. Патона. Послойный анализ переходной зоны применяется при Ширине диффузионной зоны свыше 40 мкм. [c.35] Метод радиоактивных индикаторов (радиоавтографическое исследование) позволяет исследовать диффузионные процессы на границе раздела свариваемых материалов, выявлять закономерности изменения диффузионного потока в поверхности первоначального контакта и по глубине зоны сварки. Метод заключается во введении в свариваемые материалы радиоактивного элемента, диффузия которого подлежит изучеЬию. [c.35] Кроме перечисленных методов, при исследовании диффузионной сварки применяются и другие. Необходимость применения вызывается составом и свойствами соединяемых материалов, а также спецификой получаемых соединений. Например, при исследовании соединений неметаллических материалов с металлами применяется петрографический анализ, анализ инфракрасной спектроскопией и т, д. [c.36] При соединении серого ферритно-перлитного чугуна установлено, что рекристаллизация коснулась не только металлической основы чугуна. Пластинки графита обоих свариваемых образцов представляют естественное продолжение друг друга. Зона отбела чугуна отсутствует. Металл шва и околошовной зоны — монолитный чугун. Граница металлографически неразличима. [c.36] Диффузионная сварка пористого вольфрама показала, что граница раздела полностью отсутствует, что при металлографическом исследовании обнаружить ее не удалось. Наблюдается полное сращивание вольфрамовых заготовок, в зоне контакта образовались общие зерна. [c.36] Диффузионная сварка металлокерамики предварительно спеченные образцы из дисилицида молибдена (63% Мо и 37% 81), граница раздела отсутствует, В сварном соединении из твердых сплавов Т15К6 и ВК8 физической границы между сварными образцами микроскопически обнаружить не удалось. [c.36] Таким образом, при диффузионной сварке одноименных материалов па оптимальных режимах полностью отсутствует физическая граница раздела между свариваемыми деталями, материал не претерпевает существенного изменения физико-химических свойств. Несколько иные закономерности встречаются при диффузионной сварке разнородных материалов. [c.36] Проведены эксперименты для выявления структуры переходных слоев, содержащих твердые растворы. В результате нагрева образец из армко-железа, имеющий ферритную структуру, насыщается углеродом из образца стали 45, участок которого, примыкающий к зоне контакта, соответственно обедняется углеродом. Это можно видеть по увеличению количества феррита, располагающегося по границам зерен. Количество феррита в образце из стали 45 постепенно уменьшается по мере удаления от зоны контакта. Зависимость глубины проникновения углерода от длительности выдержки (рис. 14) свидетельствует о том, что Лишь определенная глубина проникновения может обеспечить равнопрочность соединения основного металла при диффузионной сварке в вакууме по-видимому, время сварки одинаково влияет как на диффузию, так и на самодиффузию. [c.36] Сварное соединение стыка быстрорежущих сталей PI8 и У7 с техническим армко-железом, содержащих одинаковое количество углерода, показало, что на характер диффузии углерода существенное влияние оказывают легирующие добавки стали Р18. [c.37] Приведенные на рис, 16 кривые влияния длительности выдержки на изменение микротвердости в зоне сварки армко-железа и стали 45, полученные экспериментально, хорошо согласуются с теоретическими кривыми распределения концентрации вдоль направления диффузии в бесконечном пространстве. [c.37] Титановый сплав ВТ5—1 с армко-железом сварили при Т = 973, 1023, 1073, 1123, 1173 и 1273 К. Давление и продолжительность выдержки образцов при заданной температуре изменялись. Металлографический анализ соединений, выполненных при минимальной и максимальной температурах, показал, что уже при Т = 973 К, р — 17,6 МПа, i = 10 мин повышается твердость металла, прилегающего к плоскости контакта, где образуется белая интерметаллидная прослойка, ширина которой очень мала (0,5—0,9 мкм). Измерить ее твердость или провести рентгеноструктурный анализ не представляется возможным. Микротвердость железа, прилегающего к этой прослойке, повышается до 234—286, а титанового сплава — до 428—490 при твердости исходного 300. Такое повышение твердости вызывается взаимной диффузией железа и титана. При Т— 1273 К, р= 10,6 МПа, t 100 мин интерметаллидная прослойка возрастает до 0,9—1,2 мкм, но со стороны железа появляется слабо травящийся слой с повышенной микротвердостью 3300 МПа. Ширина его доходит до 3,0— 3,5 мкм. Микротвердость титанового сплава, прилегающего к интерметаллидной прослойке, также увеличивается до 458—526. Наличие интерметаллидной хрупкой прослойки приводит к хрупкому разрушению образцов. Все гагаринские образцы, даже те, которые имели Ов 280ч- 300 МПа, разрушались по плоскости контакта совершенно без пластической деформации. Следовательно, образование хрупких прослоек между свариваемыми металлами может препятствовать созданию равнопрочного соединения. Образование интерметаллидов можно предотвратить, применяя промежуточную прослойку из третьего металла. Например, при диффузионной сварке титанового сплава ВТ5—1 с армко-железом в качестве прослойки можно применять молибденовую фольгу толщиной 0,3 мм. Все образцы из армко-железа и сплава ВТ5—1, сваренные при температуре Т = 10734-1273 К, разрушались по железу, причем частицы молибдена остались на титановой заготовке. [c.39] При диффузионной сварке быстрорежущей стали Р18 с углеродистой сталью 45 через медную промежуточную прокладку толщиной 2 мкм при Т = 1073 К медь диффундировала в сталь 45 по границам зерен феррита и перлита. В месте соединения со стороны стали 45 видно перлитное зерно с характерной структурой перлита. Из-за пластинчатой структуры перлита зона контакта имеет волнистую форму. Медь диффундирует в сталь 45 по ферритным пластинкам. [c.39] Применение специально подобранной промежуточной прокладки способствует повышению прочности, вакуумной плотности сварного соединения, образованию согласованных соединений позволяет получить монолитное соединение при более низких температурах сварки, снижает внутренние напряжения в зоне соединения, препятствует образованию чрезвычайно стойких окислов на поверхности алюминия, титана и дисперсионно-твердеющих сплавов, которые препятствуют диффузии. Материал прокладки рассасывается (диффундирует в основном металле), в результате чего повышается температура соединения в целом. [c.40] Вернуться к основной статье