Выше - уже указывалось, что на процесс образования трещин в стали при наплавке на нее медных сплавов (так же, как и при сварке и пайке) влияет ряд факторов. Рассмотрим влияние неко­торых из них.

Возникновение хрупкости в металлах под действием жидких расплавов в процессе наплавки, сварки или пайки имеет место лишь тогда, когда обеспечивается хорошее смачивание поверх­ности твердого металла жидким расплавом. Это в первую очередь можно объяснить, тем, что трещины могут образоваться лишь тогда, когда имеется межфазная граница между твердым основным и жидким наплавляемым металлом (жидким присадочным метал­лом, припоем). А такая граница, как было показано выше, обра­зуется в результате смачивания поверхности твердого металла жидким. Однако нельзя делать обратного вывода: там, где есть смачивание, обязательно должны быть трещины. Смачивание яв­ляется необходимым, но недостаточным условием образования трещин. Роль смачивания при образовании трещин рассматри­вается в работах [16, 54, 78 и др.]; она также была наглядно определена в описанных выше экспериментах по контактирова­нию стали с жидкими медными сплавами. Контактирование в при­сутствии хлористого бария, улучшающего смачивание стали мед­ным расплавом, способствовало увеличению количества и протя­женности трещин в стали.

Возникновение хрупкости под действием жидких расплавов - в сильной степени зависит от взаимной растворимости жидкого металла в твердом и твердого металла в жидком. По [78] почти во всех случаях возникновения хрупкости взаимная раствори­мость жидкого металла в твердом и твердого металла в жидком очень мала (исключения составляют А1—Zn и Fe—Zn). Но малая взаимная растворимость ■ не всегда сопровождается возникнове­нием хрупкости,

Другим фактором, определяющим возникновение хрупкости под действием жидких металлов, является отсутствие интерме­таллических соединений в данной системе [78, 54]. Поданным [78] только в парах Fe—Zn и Mg—Zn обнаруживается хрупкость, хотя существуют интерметаллические соединения при темпера­туре плавления более легкоплавкого компонента.

Н. В. Перцов и П. А. Ребиндер сформулировали полуэмпири - ческое правило [54], по которому значительное понижение проч­ности и пластичности происходит в случае, если более легко­плавкий металл обладает узкой, но конечной областью раство­римости в твердом состоянии в металле М2 (этому отвечает, как правило, простая бинарная диаграмма эвтектического типа без интерметаллических соединений), адсорбционные эффекты, свя­занные со значительным понижением поверхностной энергии, обычно не наблюдаются, если эта область растворимости очень широка, а также если она вовсе отсутствует.

В работе [84] приведено некоторое уточнение правила Пер- цова—Ребиндера. Уточнение заключается в том, что если выбран­ные металлы эвтектической системы мало растворимы друг в друге, но могут образовывать при некотором составе какую-либо фазу, то наличие охрупчивания или его отсутствие зависит от того, с ка­кой стороны от эвтектического состава по диаграмме состояния образуется эта фаза. Если фаза образуется со стороны металла, который подвергается деформированию, то эффект потери пластич­ности отсутствует. Однако образование фаз со стороны металла - покрытия не препятствует охрупчиванию металла, находящегося под напряжением.

Приведем некоторые примеры. Так, при наплавке меди или сплава типа МНЖ5-1 на малоуглеродистые и низколегированные стали трещины, как правило, образуются при различных спо­собах наплавки. В то же время при плазменной наплавке бронзы Бр. КМцЗ-1 на сталь при температуре нагрева стали до 1300° С между наплавкой и основным металлом образуется интерметал - лидная прослойка и трещины в стали отсутствуют.

Особое значение для образования трещин в стали имеют вели­чина и знак имеющихся или развивающихся в металле напряже­ний. Трещины возникают лишь тогда, когда в металле имеются напряжения растяжения. Чем больше величина таких напряже­ний, тем может быть меньше величина зародышей трещин, т. е. тем легче возникают и развиваются в изделии трещины.

О том, что возникновение трещин в металлах, находящихся в контакте с жидким расплавом, является результатом адсорб­ционного понижения прочности при действии растягивающих напряжений, указывается в работах [16, 24, 54, 77, 78 и др.].

Автором и А. А. Осетник была проведена работа по про­верке влияния ряда факторов на механизм образования трещин при наплавке медных сплавов на различные стали. Наплавка

произЁодилась плазменной струей с токоведущей присадочной проволокой и автоматом под слоем флюса ОСЦ-45. Все данные наплавок и результаты металлографического исследования (на­личие и размеры трещин) приведены в табл. 18.

Из приведенных в табл. 18 данных видно, что на процесс трещинообразования влияют следующие факторы.

1. Химический состав и структура основного металла. При наплавке бронзы Бр. КМцЗ-1 на стали ферритного класса (Х25Т и Х17Н2) трещины отсутствуют, при наплавке на стали аустенит-

ного и полуферритного классов (Х18Н12Т, 1Х18Н9Т и 2X13 тре­щины имеются при наплавке под слоем флюса (рис. 54, а и 55) и отсутствуют при наплавке плазменной струей (рис. 54, б). При наплавке автоматом под флюсом этой же бронзы на стали перлит­ного класса (Ст.4с, 09Г2) трещины имеются всегда, а при плазмен­ной наплавке при определенных режимах их можно избежать. При наплавке бронзы Бр. КМцЗ-1 на сталь 45Г17ЮЗ трещины имеются всегда (рис. 56).

2. Химический состав присадочной проволоки. Если при плаз­менной наплавке проволокой из бронзы Бр. КМцЗ-1 на стали 1Х18Н9Т и Ст.4с трещины, как правило, отсутствуют, то при на­плавке проволокой типа МНЖ5-1 трещины имеются во всех случаях при наплавке на Ст.4с и иногда при наплавке на сталь 1Х18Н9Т.

3. Способ наплавки. Трещины значительно легче образуются и развиваются при наплавке с расплавлением основного металла (автомат под слоем флюса), чем при наплавке без расплавления основного металла (плазменная струя).

4. Режим наплавки. При одном и том же способе наплавки увеличение погонной энергии способствует образованию и разви­тию трещин.

На трещинообразование некоторое влияние оказывает размер зерна основного металла. По [78] для металлов с ОЦК, решеткой в области температуры перехода пластичность возрастает с умень­шением размера зерна. Аналогичная зависимость от размера зерен наблюдается (при любой данной температуре в переходной области) и в случае проявления хрупкости под действием жидких металлов.

В работе [29] указывается, что величина зерна основного ме­талла влияет на глубину проникновения меди при пайке железа

и стали медью, причем отношение глубины проникновения к вели­чине зерна при температуре 1165° С и времени выдержки 5 мин для образцов с величиной зерна 0,03 и 0,09 мм есть величина постоянная и приблизительно равная 1,1.

Особое значение для практики приобретает вопрос влияния трещин в стали, заполненных медью, на механические характе­ристики изделия.

Проведенные исследования показали, что при наплавке меди и ее сплавов на малоуглеродистые стали наличие таких трещин на статическую прочность не влияет. Влияние их на другие

характеристики (пластичность, предел выносливости) требует до­полнительной проверки. При наплавке медных сплавов на другие стали наличие трещин может сказываться на механических харак­теристиках соединения. Так, по данным [89] при наплавке бронзы Бр. АМц9-2 на стали типа АК образующиеся включения глубиной 2—2,5 мм снижают статическую прочность. При наплавке этой же бронзы на стали МСт. З и 10ХСНД включения не уменьшают уста­лостную прочность соединения, а при наплавке на сталь АК-25 усталостная прочность снижается на 20—30%. Образующиеся при наплавке бронзы Бр. ОЦ4-3 на сталь АК-25 включения глу­биной 2—2,5 мм снижают усталостную прочность стали на 50— 70%.

Исходя из изложенных представлений о механизме образова­ния трещин в стали при контакте с жидким цветным металлом и приведенных данных по наплавкам, можно рекомендовать сле­дующее:

1) процесс сварки (наплавки, пайки) вести без расплавления стали с минимальной температурой нагрева ее поверхности и ми­нимальной длительностью контактирования твердой и жидкой фаз (применять независимую плазму или другие подобные источ­ники теплоты);

2) применять такие легкоплавкие металлы для сварки (на­плавки, пайки), которые имеют минимальную скорость диффузии в сталь и менее всего снижают свободную поверхностную энергию границ зерен;

3) применять такие технологические процессы, при которых в стали будут развиваться минимальные напряжения растяжения;

4) при наплавке на высокопрочные стали, где наличие подоб­ных трещин недопустимо, следует изменить тип металлохимиче­ской реакции в зоне контактирования при помощи предваритель­ного нанесения на поверхность стали барьерного подслоя доста­точной толщины из никеля или стали ферритного класса.