Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Для зарождения первоначальной трещины требуется слияние дислокаций, скапливающихся перед препятствием в плоскости скольжения. Границы зерен являются наиболее трудными препятствиями для сдвига, поэтому по ним наиболее вероятно возникновение трещин. Кроме того, границы зерен являются своеобразными каналами, по которым происходит диффузия атомов расплава в глубь образца. Поэтому, если в обычных условиях, особенно при наличии выраженной анизотропии механических свойств, разрушение при сравнительно низких температурах происходит по телу зерна, то при наличии адсорбционно-активной среды в виде расплавленного металла положение резко меняется. Снижение межфазной энергии по границам зерен возможно значительно большее по сравнению с зерном, поэтому энергетически более выгодным становится разрушение по границам зерен. Кроме того, под нагрузкой между зернами поликристал-лических тел возникают наибольшие концентрации напряжений, что в присутствии расплава еще больше ослабляет твердый металл.
Наряду с природой твердого и жидкого металлов, на характер взаимодействия между ними влияют величина нагрузки, скорость ее приложения, особенности напряженного состояния, время контакта твердого металла с жидким, температура и т. д. С увеличением нагрузки и скорости деформирования эффективность воздействия расплава на твердый металл усиливается. Однако при очень больших скоростях деформирования при растяжении влияние расплава металла не сказывается. Это объ-
185
ясняется тем, что атомы жидкости не успевают мигрирб-вать вдоль образующейся трещины и эффект исчезает. Это положение иллюстрируется данными, приведенными в табл. 33.
Таблица 33
Результаты испытания образцов из стали Х18Н9Т, покрытых латунью Л62 [13]
Скорость деформации при растяжении, мм/мин .^Температура испытаний, °С Механические свойства образцов
не покрытых латунью покрытых латунью
з , Мн(м2 (кГ/мм2) 8, % Ф, % in> Мк1м3 (кГ/мм2) 8, % %
6121 925 206(21,0) 29,3 26,4 204 (20,81 20,8 20,1
950 197(20,1) 31,1 28,4 202(20,61 27,3 20,0
1000 182(18,6) 36,6 38,1 169(17,31 35,0 29,7
75 925 151(15,4) 51,6 69,4 133(13,61 0 0
950 139(14,2) 51,7 67,3 130(13,3i 0 0
1000 100(10,2) 56,4 67,6 80,5(8,2) 0 0
0,07 925 101(10,3) 50,3 62,8 93(9,5) 0 0
950 80,5(8,2) 51,3 69,4 75,5(7,7) 0 0
1000 62,8(6,4) 53,4 79,0 49(5,0) 0 0
При очень сильном снижении скорости деформирования эффект адсорбционного понижения прочности также исчезает. Это происходит потому, что в условиях очень малой скорости растяжения не накапливаются дислокации для создания концентрации напряжений, необходимой для образования зародышевой трещины. Влияние расплавов, проявляющееся при действии растягивающих нагрузок, не сказывается при действии сжимающих нагрузок.
С увеличением времени контакта воздействие расплава на твердый металл усиливается. Снижение прочности по мере снижения межфазной энергии, по-видимому, неограниченно возрастает, так как межфазная энергия определяет работу образования первичных зародышевых сдвигов или дефектов при деформировании. Поскольку этот процесс имеет кинетический характер, то наибольшее влияние расплавы будут оказывать при длительной выдержке. В этом случае, наряду с растеканием расплава по поверхности основного металла, большое значение имеет его впитывание стенками образующейся трещины.
186
Чем меньше расплав впитывается основным металлом, тем на большее расстояние он течет по основному металлу и тем протяженнее образующаяся трещина.
Влияние температуры на процесс адсорбционного понижения прочности металлов зависит от физико-химических свойств основного металла и припоя. При снижении температуры ниже точки плавления припоя эффект понижения прочности твердого металла практически исчезает. В то же время для некоторых металлов и сплавов действие металлических покрытий, находящихся на их поверхности в твердом состоянии, проявляется весьма заметно. Это в первую очередь относится к сталям высокой прочности. Твердое металлическое покрытие в этих случаях как бы облегчает образование поверхностной трещины, дальнейшее же распространение трещины происходит так же, как и на непокрытых образцах. При повышении температуры воздействие расплавленных металлических покрытий на твердый металл возрастает. Ряд металлов (отожженная сталь ЗОХГСА, аустенитная сталь), пе реагирующие на расплавленные покрытия при температуре, несколько превышающей точку их плавления, существенно изменяют свои свойства в результате действия расплавленных покрытий при повышенных температурах.
Напряжения, необходимые для проявления действия расплавленного покрытия, с увеличением температуры испытания уменьшаются. Для некоторых металлов существует верхняя температурная граница, когда действие расплавленного покрытия исчезает. Положение ее зависит от скорости деформирования металла при испытании и других факторов. Для цинка, покрытого ртутью, например, при 110—120° С, образцы, как и при комнатной температуре, разрушаются хрупко. С повышением температуры до 160° С основной металл становится очень пластичным. Для сталей эффект понижения прочности и хрупкое разрушение наблюдаются от температуры плавления нанесенных на них легкоплавких металлов до 500—600° С, когда имеют значение уже явления возврата и сталь становится более пластичной. Влияние длительности контакта стали Х18Н9Т с расплавленной латунью J162 на величину разрушающего напряжения при различных температурах показано на рис. 55 [13]. Большое значение имеют также состав и физико-химические свой-
