Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Из внутрикристаллических типов ликвации наиболее известна дендритная, когда состав оси дендрита резко отличается от состава его межосных прослоек.
Ликвация при пайке отличается от ликвации, например, при сварке и литье тем, что она связана с неравномерным плавлением припоя (при применении многокомпонентных припоев), активным взаимодействием припоя с основным металлом, разделительной диффузией * при кристаллизации, поверхностными явлениями и т. д. Расплавленный припой неравномерно взаимодействует с основным металлом по поверхности контакта. Это объясняется неодновременным расплавлением припоя. Эвтектическая составляющая его плавится в первую очередь и растекается по основному металлу. Дальнейший нагрев ведет к расплавлению новых порций припоя, обогащенных тугоплавкими компонентами, сплав же, наиболее близкий по составу к эвтектике, постоянно располагается по периферии, вызывая в отдельных случаях значительную эрозию основного металла. С другой стороны,
* Разделительной диффузией называется процесс перераспределения атомов разного рода на фронте кристаллизации, в результате которого между образующейся твердой и жидкой фазами возникает равновесная разность концентраций, определяемая расстоянием между линиями ликвидуса и солидуса диаграммы состояния при данной температуре.
258
количество расплавленного припоя у входной галтели больше, чем у выходной, поэтому в образовавшемся в результате взаимодействия припоя с основным металлом сплаве у входной галтели большее содержание припоя, чем у выходной, обогащенной основным металлом. По результатам микрорентгеноспектрального анализа распределения меди вдоль шва при пайке никеля медью в вакууме 1,33-10”' н/м2 (10_3 мм рт. ст.) содержание меди у входной галтели приблизительно на 15% выше. Капиллярный участок шва обеднен медью, что связано с незначительным количеством припоя в зазоре, растворением никеля и интенсивной диффузией меди в основной металл. С увеличением температуры пайки и времени выдержки при постоянном зазоре обеднение припоем как капиллярного участка шва, так и галтелей усиливается. Наоборот, увеличение соединительного зазора приводит к повышению количества припоя в шве, что в свою очередь ведет к возрастанию его содержания в зоне сплавления и повышению равномерности распределения припоя по длине шва [3].
По ширине зазора распределение меди при пайке никеля также неравномерно. Наиболее высокое содержание меди в центре шва, наиболее низкое — по границам с основным металлом. Рассмотренный случай зональной ликвации при пайке никеля медью, когда основной металл и припой образуют непрерывный ряд твердых растворов, является наиболее простым. Если взаимодействие основного металла с припоем в процессе пайки приводит к образованию ограниченных твердых растворов, интерметаллических соединений, эвтектических смесей, ликвация носит более сложный характер.
Влияние величины зазора. Характер кристаллизации зоны сплавления изменяется в зависимости от величины зазора, определяющего количество жидкой фазы. Так, при пайке армко-железа медью в среде водорода в больших зазорах (порядка 0,5—2 мм) кристаллизация происходит с образованием развитой дендритной структуры. При зазорах 0,4—0,3 мм затвердевание идет путем образования и роста крупных ячеистых кристаллов на границе с железом и разветвленных кристаллов в центре шва. С уменьшением зазора преобладающей становится ячеистая форма затвердевания. При зазоре 0,05 мм кристаллизация происходит путем перемещения почти плос-
259
Рис. 90. Микроструктура соединения при пайке в среде водорода армко-железа медью. Температура пайки Н00° С, выдержка 1 мин, зазор 0,05 мм\ Х200
кой границы кристалл — расплав (рис. 90). Смена форм затвердевания вызвана изменением условий кристаллизации. Согласно существующим представлениям характер кристаллизации сплавов определяется температурным градиентом расплава, а также величиной и 'протяженностью области концентрационного переохлаждения вблизи фронта кристаллизации. При прочих равных условиях уменьшение зазора, а следовательно, толщины слоя кристаллизующейся жидкости, начиная с определенного момента, приводит к таким изменениям указанных факторов, что дендритная форма кристаллов постепенно уступает место ячеистой, а ячеистая — преобладающему росту кристаллов с гладкой поверхностью. Следует отметить, что окончательная кристаллическая структура металла зоны сплавления не соответствует первоначальным формам роста кристаллов. Новые прямолинейные границы зерен в шве пересекают в произвольных направлениях дендритные и ячеистые кристаллы.
Смена форм затвердевания в шве в зависимости от величины зазора наблюдается и при пайке многокомпонентными припоями. На рис. 91 изображены микроструктуры шва при пайке стаяли Ст. 3 припоем ВЗМИ-49. Как видно из рисунка, уменьшение зазора в конечном счете приводит к образованию одного ряда плоских зерен. При этом кристаллизация в шве происходит без разделения
260
Рис. 91. Микроструктуры зоны сплавления шва, зазоры 0,05 (а), 0,1 (б) и
0,15 мм (в):
Основной металл сталь Ст. 3, припой ВЗМИ-49, пайка в среде водорода, а — Х350, б — Х230; в — Х250
