Термодинамические условия образования соединения между разноименными металлами могут быть менее благоприятными, чем при сварке деталей из одинакового металла (см. § 2, гл. I). Однако множество данных по диффузионной сварке разноимен­ных металлов (и неметаллических материалов) свидетельствуют о большой универсальности этого процесса (72]. Удается свари­вать между собой не только металлы, образующие твердые рас­творы и интерметаллидные фазы (Ті—Си; А1—Си; Си—Fe, Си—Ni и др.), но и металлы, практически взаимно нерастворимые в твер­дом состоянии (Си—Mo; Ag— Fe и др.). Опубликовано очень мало данных о несваривающихся этим методом парах металлов или спла­вов. В частности, легирование алюминия магнием резко ухудшает условия его диффузионной сварки с аустенитной сталью, а при содержании около 6% Mg получить прочное соединение практиче­ски невозможно [144]. Это связывают с образованием чрезвы­чайно хрупких интер металл ид ных прослоек. Интерметаллиды могут появиться только в результате диффузии атомов одного ме­талла в другой через границу раздела, т. е. после создания ме­таллической связи. Однако не исключается существование пар металлов, которые не смачивают друг друга в твердом состоянии и для которых изменение свободной энергии при устранении по­верхностей раздела отрицательно.

Для диффузионной сварки разноименных металлов характерны три типа кинетической зависимости ов — f (і). При незначитель­ном различии их физико-механических свойств предел прочности соединения, как и в случае сварки одноименных металлов, моно­тонно изменяется от начального, не всегда нулевого значения, 264

до некоторой установившейся величины (рис. 171, 2) [162]. Резкое различие свойств свариваемых материалов может приводить к по­явлению перегиба на кривой о„ — f {t) (рис. 171, 3). По-види­мому, он связан с кинетикой образования активных центров на соединяемых поверхностях. В начале процесса, когда площадь физического контакта мала, истинное давление в нем может быть настолько велико, что ползучесть, хотя и с резко отличающимися скоростями, идет в обоих металлах; в результате движения дислокаций появляются активные центры на обеих поверхностях с образованием отдельных участков прочного соединения (началь­ная восходящая ветвь на кривой 3, рис. 171).

С увеличением площади контакта давление в нем падает на­столько, что ползучесть в более жаропрочном металле может практически прекратиться; в дальнейшем деформируется только мягкий материал, образование активных центров за счет действия дислокационного механизма идет в основном на одной поверх­ности, и процесс сварки тормозится (второй, пологий участок на кинетической кривой 3).

При достаточно высокой температуре начинает проявляться действие относительно медленных процессов термической актива­ции сближенных поверхностей, а возможно, и процесса спекания, в результате которых заканчивается формирование соединения (третья, восходящая ветвь на кривой 3). Перегиб на кривой ав = = f(t), иногда наблюдавшийся и при сварке одноименных металлов, в работе [162] связывается с обыч­ным трехстадийным ходом про­цесса ползучести. Это подтверди­лось опытами автора и М. С. Бары­шева по сварке стали Ст. З при р=0,25 кГмм2 и Т— 1000° С, в ко­торых выявилась хорошая корре­ляция кривых ое — f(t) и AZ)=cc ((), где Д D — приращение диаметра образца в месте соединения, харак­теризующее деформацию в про­цессе ползучести. Изложенные гипотезы требуют эксперименталь­ной проверки при сварке различных одно - и разноименных материалов.

При сварке разноименных ме­таллов и сплавов часто наблю­дается экстремальный характер кинетической кривой, особенно резкий в случае, когда свариваемые металлы дают хрупкие интерме - таллидные соединения, например,
при сварке стали (Х18Н10Т) с алюминием и его сплавами [144]. Если диффузионная сварка алюминия (АДО) с аустенитной сталью при Т = 500° С и р — 0,75 кГ/мм2 дает нормальную кинетическую зависимость с достижением через 30 мин установившегося значения предела прочности (кривая 1, рис. 172, а), не изменяющегося в про­должение 120 мин [144], то сварка этих же металлов при Т — — 550° С и 575° С, р — 0,5 кПмм2 приводит к появлению резко выраженных максимумов на кинетических кривых соответственно через 10 и 5 мин (кривые 2 и 3).

В изученном диапазоне времени сварка при 500° С сопровож­дается появлением в соединении однородной переходной зоны

шириной до 6 мкм с относительно не­высокой твердостью (50—140 кПмм2). Повышение температуры на 50—75° уже приводит к быстрому образова­нию хрупкой интерметаллидной про­слойки с твердостью 700—900 кГ/мм*. Добавка к алюминию до 5,6% Si и 3% Си повышает прочность соедине­ния (рис. 172, б). По-иному влияет легирование алюминия магнием. Уже при 525° С, когда сварка чистого алюминия со сталью Х18Н10Т еще Рис. 173. Влияние времени на - не сопровождается появлением ма - грева на толщину интерметал - ксимума на кинетической кривой, до - лидной прослойки Н при сварке статочно добавить менее 0 5% Мп (Т= 525°) со сталью Х18Н10Т, _ ' W МЄНЄЄ и, ОЛ

алюминия АДО и его двойных чтобы привести к резкому снижению

сплавов [144] прочности соединений при затягива-

нии сварочного нагрева. При сварке сплава с 2,2% Mg через 60 мин прочность соединения падает почти до нуля.

В работе [144] это связывается с влиянием магния на ускоре­ние образования интерметаллидов, которое при сварке со сталью Х18Н10Т сплавов А1—Mg идет очень быстро и практически без инкубационного периода (рис. 173). Кремний (до 5,6%) и медь (3%) такого влияния не оказывают. По-видимому, очень высокая скорость образования интерметаллидов и отсутствие инкубацион­ного периода у сплавов А1—Mg ведут к тому, что процесс сглажи­вания поверхности в значительной степени перекрывается про­цессом образования хрупкой интерметаллидной прослойки с очень низкой прочностью (при испытании на отрыв).

При диффузионной сварке разноименных металлов с очень резко отличающимися свойствами легко представить случай, когда деформация будет идти целиком за счет более мягкого металла, а температура нагрева, при сварке в твердом состоянии всегда лежащая ниже солидуса этого металла, окажется недостаточной для заметной термической активации поверхности более тугоплав­кого металла. В этом случае, даже при благоприятных термодина­мических условиях, сварка будет неосуществимой из-за невозмож­ности создания активных центров на поверхности более тугоплав­кого металла ни в результате действия дислокационного меха­низма, ни вследствие термической активации. В свете этого можно ожидать, что такие пары металлов как, например, олово и железо, алюминий и молибден с очень большой разницей температур плавления не удастся сварить в твердом состоянии. Это предпо­ложение нуждается в прямом экспериментальном подтверждении.