Физико-химические процессы при пайке - Петрунин И.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Кристаллизация завершается при т = 0, тогда
сж=с0
\ —Сж—=со. (VI.10)
j С тв Сж
Сж
Это означает, что при отсутствии диффузионного выравнивания состава твердой и жидкой фаз компоненты А и В разделяются. При исходном содержании припоя в жидкой фазе СЖ = С0 образующаяся при кристаллизации твердая фаза представляет непрерывный набор концентраций от Ств на поверхности основного металла до СТВ«СЖ в центральной части зоны сплавления. Следствием этого является неоднородность механических и физико-химических свойств металла по ширине шва.
271
Для определения концентрации припоя в кристаллизующемся твердом растворе необходимо знать зависимость:
Cm-=f(Cx). (VI.11)
Если принять, что концентрация припоя (компонент В) в твердом и жидком растворах определяется значением равновесного коэффициента распределения k0, то
Ст = к0Сж. (VI.12)
Поскольку в условиях пайки припой является компонентом, понижающим температуру плавления сплава, образующегося при взаимодействии его с основным металлом, то при кристаллизации зоны сплавления концентрация припоя в жидкой ф.азе будет выше, чем в образующихся кристаллах твердой фазы, а равновесный коэффициент распределения припоя меньше единицы. В начале кристаллизации твердый раствор обогащен основным металлом, в конце кристаллизации — припоем. При этом, чем больше равновесный коэффициент распределения ko отличается от единицы при Ст = С0, тем больше концентрация припоя в кристаллах Ств отклоняется от Со.
С повышением скорости охлаждения эффект разделения компонентов при направленной кристаллизации снижается и при определенной степени переохлаждения возможна без-диффузионная кристаллизация в шве, при которой образующаяся из жидкости твердая фаза соответствует ей по составу. Возможность бездиффузионной кристаллизации может быть оценена по свободной энтальпии жидкой и
t
Рис. 97. Участок диаграммы состояния металлов, образующих неограниченные твердые растворы и кривые изобарных термодинамических потенциалов жидкой и твердой фаз при температуре ti
272
Твердой фаз (рис. 97). При переохлаждении расплава любого состава до температур, соответствующих линии равных потенциалов жидкого и твердого растворов tA — to, значение изобарного термодинамического потенциала твердого раствора GTB будет больше изобарного термодинамического потенциала жидкого раствора Gm для состава I и кристаллизация в этом интервале температур может идти только диффузионным путем. При переохлаждении расплава ниже линии tA — tQ соотношение свободных энтальпий жидкой и твердой фаз обратное (состав //), что делает кинетически более выгодным без-диффузионный процесс кристаллизации, приводящий жидкость в метастабильное состояние GTB", а не в стабильное Gc", с более низким значением свободной энтальпии.
Бездиффузионная кристаллизация в пайке имеет очень большое значение. С уменьшением зазора, начиная с определенного оптимального количества жидкой фазы в шве, бездиффузионная кристаллизация проходит во всем объеме зоны сплавления, обеспечивая одинаковую структуру и равномерность свойств по ширине шва (см. рис. 90 и 91, а). С увеличением зазора выше оптимального значения кристаллизация идет с раделением компонентов и образованием в центральной части шва легкоплавкой и малопрочной прослойки, играющей роль надреза. Преодолеть этот недостаток капиллярной пайки с большими зазорами, как установлено автором [9], можно путем создания условий, обеспечивающих образование по всей ширине шва однородного твердого раствора с узким интервалом кристаллизации.
Рассмотренный случай неравновесной кристаллизации при пайке является простейшим. Поскольку основной металл и припой в реальных условиях являются обычно многокомпонентными сплавами, а в процессе образования соединения протекают реакции взаимодействия не только между металлами, но и между металлами и газовыми средами, флюсами, окисными и шлаковыми пленками, то кристаллизация образующегося при этом в шве сплава представляет более сложный процесс.
ЛИТЕРАТУРА
К главе I
1. О. И. Тихомирова, М. В. Пику но в, И. Н. Точено в а. Пайка меди медногаллиевыми припоями. «Сварочное производство», 1967, № 10.
2. М. L. Schuehle. Future Trends and Reguirements in the Nations Aerospace Industry, «Western Machinery and Steel World», 50, № 11, 1959.
3. С. H. Лоцманов, И. E, Петрунин, Пайка металлов. «Машиностроение», 1966.
4. Q. Arthur. Metcalfe, Reactive Brazing—a New Ioining Method, «MetaJ Progress», 83, № 5, 1963.
5. D. Brooks. Brazing Titanium to Titanium and to steels, «Metal Treatment», 21, № 111, 1954.
6. Platinum Alloys for Brazing Tungsten М. H. S., «Platinum Metals», Rev., 7, № 2, 1963.
7. Von Neubauer — Nicolini, Lautawerk, Versuche mit Reaktioslo-ten fur Aluminium, «Aluminium», 18, № 4, 1936.
8. А. С. E к а т о в а. Некоторые закономерности взаимодействия припоя с основным металлом в процессе пайки. Автореф. дис-серт. Московский институт стали и сплавов, 1967.
9. А. А. Смирнов. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М., «Наука», 1966.
10. Г. И. Диет л ер, С. А. Дарюсина, Ю. М. Гераси-м о в. Ранние стадии кристаллизации как метод установления неоднородности кристаллических поверхностей. Доклады АН СССР, т. 154, № 6, 1964.
