10. Физическая сущность сварки.

Сущность технологического процесса сварки металлов состоит в получении неразъемного соединения путем создания условий для межатомного взаимодействия и возникновения прочных металлических связей междy атомами поверхностных слоев свариваемых Деталей. " Для осуществления межатомного взаимодействия небходимо, чтобы атомы свариваемых поверхностей находились в пределах действия межатомных сил, на расстояниях, соизмеримых с параметрами кристаллических решеток металлов. Необходимое сближение частиц соединяемых поверхностей достигается воздействием на металлы в зоне сварки тепловой или механической энергии. В зависимости от этого сварочные процессы условно делят на способы сварки плавлением и способы сварки давлением.

При сварке металлов плавлением кромки соединяемых заготовок и присадочный материал при помощи внешнего источника тепла нагреваются до расплавления и вследствие повышенной подвижности атомов металлов в жидком состоянии образуют общую сварочную ванну.

После охлаждения и кристаллизации расплава в зоне сварки остается сварной шов, прочно соединяющий свариваемые поверхности деталей. Затвердевший сварной шов имеет структуру, свойственную структуре литого металла, и по прочности обычно не уступает прочностным характеристикам основного металла деталей. В качестве источников энергии при сварке плавлением используют кислородно-ацетиленовое пламя, электрическую дугу, электронный луч, световой луч оптического квантового генератора, плазменную струю и др. Металлы с одинаковым типом кристаллической решетки, образующие друг с другом непрерывный ряд твердых растворов, хорошо свариваются методами сварки плавлением. Металлы, не обладающие взаимной растворимостью в твердом состоянии, не свариваются плавлением и для соединения заготовок и деталей из разнородных металлов применяют методы сварки давлением.

11. Возврат и рекристаллизация. Горячая деформация и ее влияние на структуру металлов.

Возврат металлов, процесс частичного восстановления структурного совершенства и свойств деформированных металлов и сплавов при их нагреве ниже температур рекристаллизации (см. Рекристаллизация металлов). Возврат осуществляется перераспределением и уменьшением концентрации точечных дефектов и дислокаций, не связанных с образованием и движением границ зёрен (кристаллитов). Возврат включает элементарные процессы с разной энергией активации Q, протекающие в различных температурных интервалах. Это связано с большим разнообразием типов и характера распределения дефектов кристаллического строения, вносимых наклёпом при деформации.

Различают 2 стадии Возврат Первая стадия — отдых — уменьшение концентрации точечных дефектов, их аннигиляция (см. Аннигиляция и рождение пар) и сток к границам и дислокациям, а также перераспределение дислокаций скольжением в своих плоскостях без образования новых границ. Процесс идёт при нагреве до температуры (0,05—0,2) tпл, при этом Q отдыха равна 0,1—0,7 эв. Вторая стадия — полигонизация, т. е. перераспределение дислокаций скольжением и диффузионным путём, сопровождающееся их частичной аннигиляцией и образованием областей (полигонов) внутри кристаллитов, свободных от дислокаций и отделённых друг от друга дислокационными малоугловыми границами. Процесс идёт при нагреве до (0,3—0,4) tпл, при этом Q полигонизации составляет 160,210·10-21 — 240,315·10-21 дж (1,0—1,5 эв). При нагреве после больших деформаций полигонизация, как правило, является начальной стадией рекристаллизации.

Структурные изменения при Возврат наблюдаются на стадии полигонизации электронномикроскопическим анализом тонких фольг «на просвет», а в отдельных случаях и в оптическом микроскопе после травления. Важную информацию о Возврат даёт анализ уменьшения ширины линий на рентгенограммах и формы рентгеновских рефлексов. При Возврат уменьшаются твёрдость, прочность, электросопротивление, коэрцитивная сила, растворимость в кислотах, повышается пластичность. Степень восстановления свойств при Возврат различна: электросопротивление заметно восстанавливается уже на стадии отдыха, тогда как механические свойства и коэрцитивная сила — при полигонизации. В металлах и сплавах с высокой энергией дефектов упаковки степень восстановления свойств при Возврат больше, чем у материалов с низкой энергией этих дефектов. Степень восстановления свойств тем больше, чем выше температура нагрева и больше его продолжительность. Скорость процесса Возврат при каждой данной температуре затухает во времени по закону, выражаемому показательной функцией.

Возврат применяется для повышения пластичности наклёпанных материалов и термической стабильности структуры и свойств.

Рекристаллизация, процесс образования и роста (или только роста) одних кристаллических зёрен (кристаллитов) поликристалла за счёт других той же фазы. Скорость Рекристаллизация резко (экспоненциально) возрастает с повышением температуры. Рекристаллизация протекает особенно интенсивно в пластически деформированных материалах. При этом различают 3 стадии Рекристаллизация: первичную, когда в деформированном материале образуются новые неискажённые кристаллиты, которые растут, поглощая зёрна, искажённые деформацией (рис. 1), собирательную - неискажённые зёрна растут за счёт друг друга, вследствие чего средняя величина зерна увеличивается (рис. 2), и вторичную Рекристаллизация, которая отличается от собирательной тем, что способностью к росту обладают только немногие из неискажённых зёрен. В ходе вторичной Рекристаллизация структура характеризуется различными размерами зёрен (разнозернистость).

Рекристаллизация устраняет структурные дефекты, изменяет размеры зёрен и может изменить их кристаллографическую ориентацию (текстуру). Рекристаллизация переводит вещество в состояние с большей термодинамической устойчивостью: при первичной Рекристаллизация - за счёт уменьшения искажений, внесённых деформацией, при собирательной и вторичной Рекристаллизация - за счёт уменьшения суммарной поверхности границ между зёрнами. Рекристаллизация изменяет все структурно-чувствительные свойства деформированного материала и часто восстанавливает исходные структуру, текстуру и свойства (до деформации). Иногда структура и текстура после Рекристаллизация отличаются от исходных, соответственно отличаются и свойства.

Рекристаллизация широко используется в технологии металлов и сплавов для управления формой зёрен, их размерами, текстурой и свойствами.