Крупин А.В. Деформация металлов взрывом

Крупин А.В. Деформация металлов взрывом

Металлургия, 1975 г.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПЕРЕХОДНОГО СЛОЯ БИМЕТАЛЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ДЕФОРМАЦИЕЙ ВЗРЫВОМ

При всех способах сварки, в том числе и сварке взрывом, в переходном слое появляются структурные изменения, химические неоднородности, соединения, характерные для оплавления, соединения с ограниченной или непрерывной растворимостью, прослойки химических соединений между металлами, смесь не взаимодействующих между собой металлов, диффузия в твердом или жидком состоянии. Чаще всего все эти явления протекают одновременно.

Изменения структуры могут быть вызваны фазовыми превращениями, протекающими при воздействии импульсного всестороннего давления, наличием импульсного повышения температуры и резкого охлаждения.

Эффекты, связанные со структурными изменениями при сварке взрывом, в зависимости от назначения изделия могут быть полезными (например, упрочнение изделий) или вредными (появление хрупкой фазы).

Нередко в процессе сварки взрывом в зоне соединения образуются локальные участки оплавления металла, причем эти участки имеют небольшие объемы. Образующееся в них тепло со значительной скоростью поглощается большой массой окружающего металла, который может за счет этого тепла частично рекристаллизоваться.

Композиции разнородных металлов, соединенных взрывом, можно разделить на три группы: 1) не образующие между собой твердых растворов и химических соединений; не имеющие взаимной растворимости, 2) образующие твердые растворы, 3) образующие химические соединения.

Сварка взрывом металлов, не имеющих взаимной растворимости

Несмотря на почти полное отсутствие взаимной растворимости многих металлов, их можно вполне удовлетворительно соединять сваркой взрывом. Исследование Микроструктурысоединений этих пар металлов и сплавов показало, что на границе сварки вдоль волн расположена неравномерная по ширине зона, где одновременно присутствуют оба свариваемых компонента. По-видимому, в процессе сварки происходит сближение до атомных уровней и механическое взаимное перемешивание движущихся поверхностных слоев металлов.

При получении сваркой взрывом биметалла, состоящего из металлов, не обладающих взаимной растворимостью, образуются два типа соединений. Первый тип характеризуется образованием соединения без зоны взаимного перемешивания; здесь линия соединения по характеру напоминает границу зерен. Второй тип соединения содержит зону взаимного перемешивания. Образование той или иной зоны зависит прежде всего от параметров соударения. На контактной поверхности могут развиваться высокие температуры, в результате чего в околошовных зонах происходят процессы отдыха (а в некоторых случаях — рекристаллизация) наиболее деформированных слоев.

Биметалл серебро — малоуглеродистая сталь. Сваркаэтих металлов является характерным примером сварки взрывом взаимно нерастворимых металлов. Железо с серебром не имеет взаимной растворимости и при их сварке в зоне соединения не образуется каких-либо соединений.

Проведенные совместно с сотрудниками кафедры общей химии МГУ (Куприной В. В. и др.) микроскопические и рентгеноструктурные исследования переходной зоны биметалла сталь — серебро, полученного взрывом [71, с. 347; 97, с. 247], позволили установить в зоне соединения наличие механической смеси обоих металлов различной дисперсности.

Степень дисперсности зависит от параметров сварки взрывом. Прочность соединения в зоне шва на 10—20° выше прочности чистого серебра. Испытание соединения сталь — серебро на изгиб и кручение не дает ни малейших признаков отслоения. Размер зоны перемешивания и прочность соединения зависят от параметров сварки однако при определенных параметрах зона соединения может и не изменяться, а прочность соединения может снизиться, что объясняется рекристаллизацией серебра  зоне интенсивной пластической деформации рис 93 .

Рекристаллизационная зона распределяется   неравномерно вдоль шва и достигнет наибольшей толщины вершине   волны   серебряной   составляющей. К линии раздела двух металлов прилегает узкая полоса боле мелких зерен. Затем идет зона более крупных зерен следующая зона содержит также мелкие зерна. Это указывает на то, что выделившееся тепло неравномерно распределяется по всей зоне.

Следует отметить, что зона соединения биметаллических образцов, полученных при соударении со скоростью в пределах 300—500 м/с, характеризуется высокой степенью деформации.

Увеличение скорости соударения выше 236 м/с приводит к выявлению в серебряном слое механической смеси серебра со сталью. При этом дисперсность внедренных в серебро частиц стали растет с увеличением скорости соударения; появляются механические дефекты в зоне шва и прочность соединения уменьшается. В результате нагрева биметалла сталь — серебро при последующей термической обработке наблюдается снижение прочности переходного слоя.