Получение качественных сварных соединений из стали с такими, например, металлами, как Ті, Та, Nb, Мо, представляет собой весьма сложную задачу. Химико-физические свойства Ті, Та, Nb, Мо и для сопоставления — Fe представлены в табл. 55.

Как видим, свойства титана и группы тугоплавких металлов весьма отличны от свойств железа. Следствием существенной раз­ницы в кристаллохимических свойствах является малая раствори­мость этих металлов (особенно тугоплавких) в железе и склонность образовывать с ним твердые и хрупкие интерметаллические соеди­нения. Так, при сварке стали с титаном в зависимости от степени смешения их могут образоваться: при растворении в титане более 23% Fe — Ti2Fe, более 50% Fe — TiFe, более 68% Fe — TiFe3. Следовательно, по мере перехода в соединении от стали к титану меняется состав интерметаллидной прослойки, она обедняется желе­зом и обогащается титаном. С увеличением же толщины такой про­слойки, твердость которой высока, снижаются прочность и пласти­ческие свойства сварного соединения. Поэтому в сварных сталети­тановых соединениях допустимы лишь прослойки толщиной не более 1 мкм. В сварных соединениях ниобия со сталью опасно обра­зование твердого и хрупкого интерметаллида Fe3Nb2 и др.

Ухудшает свариваемость сталей с рассматриваемой группой ме­таллов и резкое отличие их теплофизических свойств, с чем связано появление высоких напряжений и деформаций, вызывающих тре­щины в шве и околошовной зоне.

Можно отметить два пути для решения сложной задачи получе­ния сварных соединений из стали с активными и тугоплавкими металлами:

1) применение промежуточных вставок, сваривающихся как со сталью, так и с тугоплавким металлом;

2) непосредственное соединение путем расплавления стали без расплавления тугоплавкого металла.

Выбор промежуточных вставок относительно ограничен, так как лишь немногие металлы могут образовывать твердые растворы со столь различными по свойствам соединяемыми материалами. Напри­мер, Ті удовлетворительно сваривается лишь с V, Мо, Та, Nb и Zr. Но только V образует непрерывный ряд твердых растворов как с Ті, так и с Fe. Однако при использовании вставок из ванадия следует учитывать возможность образования со стороны стали прослойки твердых карбидов типа VC (HV 1045 кГ/ммй) из-за перемещения углерода в сторону ванадия. Возможно применение комбинирован­ных вставок, состоящих, например, из Та и термически обработан­ной бериллиевой бронзы. В этом случае бронза сваривается со сталью, а тантал — с титаном, не образуя интерметаллидных фаз.

И все же более технологичным представляется использование второго пути, когда для получения сварного соединения расплагля - ется только сталь, а тугоплавкий металл лишь смачивается ею. Но при контакте жидкого металла с твердым успевают в той или иной степени пройти диффузионные процессы и образуется шов с харак­терной структурной неоднородностью и повышенной твердостью у границы с тугоплавким металлом. Регулируя тепловой режим сварки в направлении уменьшения длительности контакта жидкой и твердой фаз, можно получить сварное соединение с удовлетвори­тельными механическими свойствами.

Следует помнить, что наиболее успешно удается сваривать рас­сматриваемые пары металлов лишь при наличии надежной защиты от действия окружающего воздуха.

[1] Материалы XXV съезда КПСС. М-, Политиздат, 1976, с. 184.

[2] Потенциал ионизации — это разность потенциалов, пройдя которую электрон приобретает энергию, равную работе ионизации.

К)

[3] В литературе эту модификацию иногда называют б-Fe. В действи­тельности она почти тождественна a-Fe — отличается от нее только расстоя­нием между атомами.

[4] Поверхностная энергия жидкости выражается через поверхностное натяжение, которое определяется опытным путем.

[5]

[6]

и

[7] Материал Н. Н. Рыкалина 122].

[8] Выражения (IV. 36) — (IV. 38) даются здесь без обоснования ч вы­

водов. Подробнее см. работу 122].

[10] Схема расчета и расчетные выражения приведены без обоснования. Подробнее см. работу [22].

[11] Молярной, долей называется отношение числа молей данного вещества к числу молей всех веществ в растворе.

[12] Справочные данные по значениям теплоемкостей имеют известный разброс, который несущественно влияет на результаты последующих вычислений.

[13] Пример расчета взят из книги (18J.

[14] Степень диссоциации а — отношение числа диссоциировавших моле­кул к их первоначальному числу. Например, если из 100 молекул диссоци­ировало 10, то а = = 0,1. Если диссоциируют все молекулы, а = 1.

[15] проведением раскислительных обменных реакций;

[16] разбавлением шлаков нейтральными в химическом отноше­нии добавками.

Константа распределения L, определяющая собой степень пере­хода закиси железа из металла в шлак, с увеличением температуры уменьшается (рис. 128). Это значит, что при высоких температурах закись железа может перейти из металла в шлак в меньшем коли­честве, чем при низких.

При диффузионном раскислении закись железа удаляется из металла в шлак путем диффузии, поэтому ванна жидкого металла спокойна, а все химические процессы совершаются на границе «ме­талл — шлак» и в самом шлаке. Однако само раскисление протекает медленно. Поэтому, хотя L при температурах, близких к темпера­туре затвердевания металла, высока, скорость диффузии замедля­ется и общий эффект от раскисления оказывается невысоким.

Процесс диффузионного раскисления наиболее заметен при об­разовании капли на электроде и ее переносе, так как ему способ­ствует достаточно высокая температура, энергичное перемешивание металла капли и непрерывный контакт свежих порций металла

[17] Полигоннзация — образование кристаллической формы.

[18] Данные о влиянии Ni и S1 на рис. 180 не приведены.

[19] Ползучесть—это способность нагретого до высокой температуры ме­талла постепенно пластически деформироваться под воздействием длительной постоянной нагрузки. Отсюда предел ползучести— напряжение, при котором через определенный промежуток времени при заданной температуре дефор­мация ползучести получит заранее установленную величину.

[20] Пределом длительной прочности называется минимальное напряже­ние, вызывающее разрушение металла при заданной температуре за опре­деленный отрезок времени (1000 ч, 10 000 ч и т. д.).

[21] Интенсивное газовыделение из сварочной ванны (образование СО, S02, выделение Н2 и др.) становится причиной возникновения пор в металле наплавки.

[22] Повышенная жидкотекучесть чугунов и почти мгновенный их переход из твердого состояния в жидкое позволяют сваривать чу­гун только в нижнем положении, часто с предварительной зафор - мовкой участка сварки.

Чтобы изучить структурные превращения при сварке серых чу­гунов, следует воспользоваться тройной диаграммой состояния Fe—С—Si, связав ее с участками зоны термического влияния при помощи кривой распределения максимальных температур. Такая диаграмма с разрезом в точке, соответствующей 2,5% Si, изобра­жена на рис. 213. Анализ структурных превращений дан для чу­гуна с содержанием 3% С.

Как видим, при СЕарке чугуна зона термического влияния со­стоит из 4-х характерных участков:

[23] - J-

Свойства алюминия и его сплавов. Алюминий относится к числу наиболее распространенных на Земле металлов. Содержа­ние его в земной коре (7,45%) почти в два раза превышает содержа­ние железа и в 800 раз — меди. Во многих областях техники этот металл вытеснил сталь и чугун. Алюминий и разработанные на его основе сплавы имеют много ценных свойств.

Алюминий — легкий серебристо-белый металл, обладающий высокой тепло - и электропроводностью (примерно в 6 раз большей,