Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Материаловедение. Технология композиционных материалов
Посмотреть оригинал

Соединения металлов, не взаимодействующих между собой

Металлы, практически не имеющие взаимной растворимости и не взаимодействующие между собой, например Pb + Fe, Ag + Fe, Ag + Mo и др., в большинстве случаев можно соединить только сваркой взрывом.

При сварке взрывом железа с серебром в зоне соединения наблюдаются участки механической смеси обоих металлов различной дисперсности. Размер зоны перемешивания зависит от параметров сварки взрывом. Сварные соединения между этими металлами имеют достаточно высокую прочность и характеризуются наличием металлической связи. В результате нагрева биметалла сталь + серебро происходит снижение прочности соединения слоев.

При нагреве выше 300 °С обнаружены строчки оксидов железа, располагающихся в серебре вблизи границы раздела. После нагрева до 800 °С и выдержки 2 ч в зоне соединения образуются оксиды серого и темного цвета микротвердостью соответственно 3800—4200 и 2800—3700 МПа. Локальный микрорентгеноспектральный анализ переходной зоны показал, что содержание железа в оксиде составляет 75—80%. С повышением температуры и длительности нагрева количество образовавшихся оксидов увеличивается и достигает максимума при 850 °С.

Наличие хрупких оксидов железа в зоне соединения снижает прочность соединения слоев. Они значительно тверже серебра и стали и, являясь концентраторами напряжений, могут стать зародышами трещин и расслоений.

При нагреве сваренного взрывом биметалла коррозионностойкая сталь + серебро до 800 °С окислов в зоне соединения не обнаружено. При температуре 850 °С и выше в околошовной зоне образовалась хрупкая прослойка толщиной 10—20 мкм и микротвердостью 770— 1250 МПа.

Аналогичная картина наблюдается в зоне соединения серебра с молибденом. Переходная зона при этом представляет собой механическую смесь эвтектического типа, локализованную в серебре. В нем наблюдается почти полная рекристаллизация зерен. Последующий отжиг биметалла серебро + молибден приводит к укрупнению зерен серебра.

Соединения металлов, образующих между собой твердые растворы

Сварные соединения разнородных металлов при их термической обработке характеризуются повышенной чувствительностью к диффузионным процессам.

Металлы, обладающие непрерывной растворимостью элементов друг в друге (Ti + Nb, V + Та, V + Nb и др.), образуют при нагреве ряд твердых растворов, которые в зависимости от химического состава имеют различную твердость, обычно превышающую твердость соединяемых металлов в исходном состоянии.

В сварных соединениях этих металлов нагрев, как правило, не влияет или слабо влияет на прочность биметалла. Вначале происходит разупрочнение металла, а затем на границе развивается химическая неоднородность в виде слоев твердых растворов переменного состава, которые обладают достаточно высокой прочностью и пластичностью. Исключением в этой группе сочетаний металлов являются соединения между ванадием и сталями вследствие высокой склонности ванадия к карбидообразованию. Это приводит к возникновению на границе раздела карбидов ванадия и обезуглероживанию стали. Образовавшаяся неоднородность заметно уменьшает прочность соединения.

В сварных соединениях металлов с ограниченной взаимной растворимостью, но не образующих интерметаллических фаз (Nb + Си, Fe + Си, Си + V, Ag + Си), нагревы не представляют особой опасности. В зоне контакта слоев формируются тонкие, практически не просматривающиеся, диффузионные зоны. Прочность сварного соединения при этом несколько уменьшается за счет разупрочнения металлов.

Термическая обработка соединений из тугоплавких металлов (Nb + Та, Nb + Mo, Ti + Zr и др.) вызывает в переходной зоне разупрочнение, а при повышении температуры до 1000 °С и выше появляются структурные и химические неоднородности в виде твердых растворов различных составов.

Металлы с ограниченной взаимной растворимостью и небольшим различием физико-химических свойств (Ti + Al, Ti + Ag) в процессе нагрева образуют в зоне соединения твердые растворы с интерметаллическими соединениями относительно небольшой твердости (до 1300—1700 МПа).

При термической обработке биметалла стать + никель, начиная с 600 °С и при выдержке 4—5 ч, возникает диффузионная зона толщиной 15—30 мкм. С повышением температуры нагрева толщина этой зоны растет, ее формирование происходит в основном за счет диффузии железа в никель.

Исследование влияния температуры термообработки на прочность соединения слоев холоднокатаного биметалла стать + никель показато, что при отжиге при температуре ниже порога рекристаллизации происходит только снятие внутренних напряжений без заметного изменения структуры составляющих. Прочность соединения слоев при этом составляет 60—80 МПа. С повышением температуры нагрева прочность соединения возрастает: при отжиге при 650 °С (выдержка 2 ч) она составляет 140—160 МПа, а при 850 °С достигает 190— 220 МПа. При этом отжиг при 650 °С и выдержке 2 ч обеспечивает получение наиболее высоких значений механических свойств биметалла и благоприятной для осуществления последующей глубокой вытяжки микроструктуры стати и никеля.

Сравнение прочности соединения никеля с различными сталями (углеродистыми и низколегированными) после термической обработки показато, что для повышения прочности соединения слоев и уменьшения интенсивности диффузионных процессов через границу раздела в качестве основного слоя следует применять низколегированные стати, содержащие в своем составе карбидообразующие элементы, например хром и ванадий.

У наиболее распространенных в промышленности биметаллов типа стать + медь и медных сплавов из-за различия температур рекристаллизации стати и меди и их ограниченной растворимости в твердом состоянии режимы термической обработки оказывают решающее влияние на свойства соединения. Так, отпуск при 500—600 °С в течение 1—2 ч приводит к рекристаллизации меди и частичному снятию наклепа стали. Прочность соединения слоев в биметатле стать + + медь после термообработки зависит также от содержания углерода в стали. При содержании углерода менее 0,1% прочность соединения заметно снижается. Повышение температуры нагрева до 720 °С приводит к рекристаллизации метатла обеих составляющих и росту зерна в меди до 1 мм. Обезуглероживания в зоне шва при этом не наблюдается. Дальнейшее повышение температуры приводит к диффузии меди в сталь по границам зерен на толщину 10—15 мкм. При нагреве биме- татла до 900 °С в течение 4 ч диффузию железа в медь не наблюдати.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы