Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
* Твердое тело представляет собой совокупность атомов с почти идеальным дальним порядком
264
ритах сплавов имеется субструктура, напоминающая ячеистую. В сплавах, кроме того, ячеистым может быть и фронт кристаллизации. Структура сплава при ячеистой кристаллизации состоит из параллельных элементов, имеющих форму стержней, расположенных в направлении кристаллизации. С увеличением термического или концентрационного переохлаждения ячеистая структура может переходить в дендритную и наоборот. В условиях незначительного переохлаждения как в чистых металлах, так и в сплавах, фронт кристаллизации плоский.
Поскольку эвтектики могут являться смесью твердых растворов, кристаллы которых растут совместно, то фронт кристаллизации при затвердевании эвтектик не может быть плоским. При этом, если эвтектики пластинчатого и стержневого типа образуются в результате зарождения и роста кристаллов двух фаз, обладающих правильным расположением составляющих и общей поверхностью раздела с жидкой фазой, то процесс кристаллизации эвтектик глобулярного и игольчатого типов более сложен. Впереди фронта кристаллизации в них происходит непрерывное гетерогенное зарождение центров кристаллизации, что приводит к произвольной ориентировке частиц второй фазы по отношению к матрице.
При кристаллизации в паяных швах обычно происходит в той или иной мере направленное заращивание соединительного зазора при движении фронтов кристаллизации от границ основной металл — зона сплавления, в центральной части зоны сплавления во многих случаях можно наблюдать образование дендритов в результате кристаллизации наиболее легкоплавкой составляющей шва (рис. 93).
Необходимо отметить, что для роста кристаллов непосредственно из расплава условия пайки весьма благоприятны ввиду большого количества центров кристаллизации, появившихся при растворении окисных пленок и основного металла, ввиду наличия остатков флюса при флюсовой пайке, присутствия различных примесей и т.д. При кристаллизации однокомпонентных припоев критический размер зародыша определяется температурой переохлаждения; в сплавах он в значительной степени зависит от концентрации жидкого раствора. Критический размер зародыша при данной температуре будет тем меньше, чем больше степень пересыщения жидкого раст-
265
Рис. 93. Микроструктура соединения при пайке стали Ст. 3 припоем ВЗМИ-49 в среде водорода.
Температура пайки 1120° С, выдержка 1 мин\ ХЗОО
вора относительно равновесной линии ликвидуса. Если величина зародыша равна или больше критической, то при соответствующих условиях начинается рост кристалла, при этом кристалл приобретает правильную геометрическую форму, когда рост его происходит свободно. Когда же отдельные растущие кристаллы соприкасаются, свободный их рост прекращается — происходит их сращивание. В отличие от кристаллов правильной геометрической формы такие частицы получили название кристаллитов, или зерен. Срастание кристаллов при дендритной кристаллизации приводит также к образованию частиц неправильной геометрической формы.
Форма кристаллов. При исследовании микроструктур паяных швов в зоне сплавления можно наблюдать образование самых различных форм кристаллов.
При анализе причин их образования необходимо учитывать условия кристаллизации. При малых степенях переохлаждения с наименьшей скоростью растут грани кристаллов, имеющие 'более низкий коэффициент поверхностного натяжения, поэтому они составляют равновесную форму огранки кристалла. В случае значительного переохлаждения эти грани имеют наибольшую скорость роста и определяют кристаллографическую ориентиров-
266
ку осей дендритов. Внешняя форма кристаллов при больших переохлаждениях зависит, по-видимому, не столько от соотношения скоростей роста различных граней, сколько от условий теплоотвода и процессов диффузии. Переход от ограненной формы кристалла к дендритной связан с интенсивностью диффузионных процессов в жидкой фазе. Если процессы диффузии замедлены, интенсивность их вблизи углов и ребер кристалла приблизительно одинакова, и кристалл растет, имея правильную огранку. В случае большой интенсивности диффузионных процессов вблизи различных участков кристалла диффузия протекает по-разному и будет иметь место дендритная кристаллизация, причем, чем интенсивнее диффузия, тем разветвленнее дендриты. Дендритную кристаллизацию в паяных швах можно наблюдать во всем объеме зоны сплавления (рис. 94).
Рис. 94. Микроструктура соединения При пайке стали ВСт. 3 припоем на железной основе с зазором 1 мм; Х70 (кристаллизация без образования прослойки легкоплавкой и малопрочной фазы, играющей роль надреза)
При кристаллизации эвтектик, как установлено А. А. Бочваром, в переохлажденной жидкости самопроизвольно зарождаются и порознь растут кристаллы каждой из фаз, образующих эвтектику. Непосредственно эвтектическая кристаллизация начинается в момент соприкосновения двух кристалликов различных фаз.
267
Равновесная кристаллизация. При равновесной кристаллизации процесс перехода из жидкого состояния в твердое происходит при бесконечно малых скоростях охлаждения и описывается равновесной диаграммой состояния. Если основной металл * А и припой В образуют между собой сплавы с неограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях (рис. 95) и при темпе-
