СОЕДИНЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ
РОСТ ПРОЧНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ СВАРКЕ СО СТАТИЧЕСКИМ НАГРУЖЕНИЕМ
Систематическим экспериментальным исследованиям кинетики роста прочности сварных соединений, полученных сваркой давлением с подогревом, посвящено немного работ. При этом основным показателем завершенности процесса сварки (качества соединения) считают, как правило, равнопрочность сварного соединения основному материалу при механических испытаниях на статическое (кратковременное) растяжение при комнатной температуре.
Представленные ниже данные механических испытаний сварных соединений из никеля НВК на статическое растяжение получены на машине «Инстрон ТТ-ДМ» при скорости движения захватов машины 1 мм/мин. При обсуждении и анализе данных экспериментальных исследований все прочностные характеристики даны
Рис. 84. Кинетика роста относительной прочности о и относительного поперечного сужения *ф сварных соединений из никеля НВК: а — Рр = 1,0 кгс/мм2; 6 — 1,5; в — 2.0; I — Т ~ 1100° С; 2 — 1050; 3 — 1000; 4 — 950; 5 — 900; 6 — 850 |
в относительных единицах. Для этого определяли прочностные характеристики сварных образцов и образцов из основного металла, которые предварительно подвергали термодеформационному воздействию в условиях, имитирующих сварку. Таким образом, определяли:
1. Относительную прочность сварного соединения о (t)
a (i)/o* (I), где а (t) — прочность сварного соединения при длительности сварки і: о* (I) —прочность основного металла после термодеформационного воздействия по режиму сварки в течение времени t.
2. Относительное поперечное сужение сварного соединения Ф (/) = ф (/)/ф* (t), где ф (t) — поперечное сужение сварного соединения при растяжении, полученного при длительности сварки t, ф* (/) — поперечное сужение образца из основного металла при растяжении после термодеформацнонного воздействия по режиму сварки в течение времени t.
Кинетика роста относительной прочности о и относительного поперечного сужения ф сварных соединений, полученных при температурах 850 1100 С (с интервалом 50° С) и давлениях сварки
1,0—2,0 кгс/мм2, показана на рис. 84.
Сопоставление зависимостей о (I) и ф (/) при исследуемых Т и Рр показывает, что пластичность сварных соединений, косвенной характеристикой которой является ф, при всех значениях t меньше, чем прочность при растяжении а. При этом, когда о = = 1, относительное поперечное сужение ф не превышает 0,6—0,8. По-видимому, это объясняется тем, что механические испытания на статическое растяжение не чувствительны к определенного рода дефектам, снижающим пластичность сварных соединений.
Металлографические исследования сварных соединений (рис. 85), полученных при 1100° С, Рр = 1,0 кгс/мм2 и различных длительностях, позволяют в зоне сварки обнаружить различного рода дефекты, которые условно можно разделить на два типа [219, 2201. При длительности сварки t = 5 мин преобладают дефекты первого типа. Они имеют форму узких и длинных несплош - ностей или волосовин и расположены в зоне контактирования по границам зерен. Следуя работе [181, эти дефекты, по-видимому, можно охарактеризовать как «микронесплавления».
При t — 15 мин дефекты сварной зоны имеют вид отдельных мелких пор (каверны) сферической формы, расположенных в теле общих зерен, которые образовались в зоне соединения. Это дефекты второго типа. Следуя работе [211, эти дефекты, по-видимому, можно охарактеризовать как ямки травления.
Для определения влияния размера и формы дефектов и характера расположения их в приконтактной зоне на механические свойства сварных соединений были выполнены следующие исследования [219].
На одной из плоскостей сварного образца (ГОСТ 6996- 66, тип XIII), нормальной к плоскости соединения, приготовляли шлиф. Далее по обе стороны соединения на полированной поверхности образца на расстоянии 50—100 мкм алмазной пирамидой с помощью твердомера ПМТ-3 фиксировали определенный участок (ставили отпечатки).
Высокотемпературные испытания подготовленных таким обра зом образцов проводили на машине «Инстрон ТТ—ДДТ> в вакууме 5-Ю'4 мм рт. ст. при температуре 900 С с заданной скоростью Движения захватов 5-Ю"3 мм/мин. При этом скорость относительной деформации рабочей части образца составляла 1°о/ч. Образцы Подвергали растяжению так, что величина накопленной пластической деформации рабочей части образца всегда составляла 3%. После высокотемпературных испытаний изучали структурные
Рис. 85. Структура зон соединения никеля НВК. полученного при Т — 1100 I — длительность сварки t |
177 |
12 Э. С. Каракозов
изменения в сварной зоне и затем образцы разрушали в нормальных условиях механическими испытаниями на статическое растяжение.
Выбор методики испытаний был обусловлен тем, что при низких скоростях нагружения и высоких температурах характер разрушения изменяется (становится зернограничным). Температура испытаний и скорость растяжений были выбраны в соответствии с данными Крамера [221].
Склонность к образованию интеркристаллитного разрушения при высокотемпературных испытаниях зависит от степени различия в сопротивлении деформации собственно зерен и приграничных объемов. Разрушению обычно предшествует небольшая деформация. При низкотемпературном разрушении, когда диффузионная подвижность атомов мала, границы эффективно разобщают зерна. Вследствие различной разориентировки зерен в процессе пластической деформации плотность дислокаций у границ повышается, так как они являются эффективными барьерами при движении дислокаций. Это способствует локализации деформации в объемах зерен, по которым происходит разрушение.
Известные модели строения границ зерен, критический анализ которых дан в работах Д. Мак Лина [171 I и М. В. Грабского [222], несмотря на их многообразие имеют общим то, что высокоугловая граница зерен представляется состоящей из чередующихся участков с хорошим и плохим сопряжением решеток. Вследствие неупорядоченности границ зерен для них характерна повышенная подвижность атомов и высокая концентрация вакансий. При низких и средних гомологических температурах протекание пластической деформации по механизму скольжения внутри зерен приводит к упрочнению границ за счет барьерного эффекта ті эффекта усложнения деформации у границы. При высоких температурах, по мере приближения к температуре рекристаллизации, подвижность дислокаций в приграничных участках зерен, имеющих кристаллографически несовершенное строение, становится выше, чем внутри зерен. Поэтому границы зерен становятся менее прочными, чем сами зерна. При выходе полосы скольжения на границу и при условии, что в каждом из соседних зерен имеется компонента сдвига, направленная вдоль границы, происходит проскальзывание зерен.
Возможны две схемы межзеренного разрушения, обусловленные проскальзыванием по границам зерен. При относительно низких температурах и высоких скоростях деформации наиболее вероятно появление клиновидных трещин, образующихся на стыке трех зерен и далее распространяющихся по границам. Обычно их развитие связывают с релаксацией напряжений сдвига вдоль границ зерен, по Зинеру [171, 223].
При высоких температурах и низких скоростях деформации возникновение межзеренного разрушения связывают с появлением на границах зерен микропор, число и размеры которых с течением времени возрастают. Деформация приводит к слиянию
1________ 1_________________ 1________ I
0.1 1 2 і 4 40' і. ч
Рис. 86. Кинетические зависимости роста pf ^ ^ ^ и изменения Е' сварных соединений, полученных при Т — 1100° Си Рр = 1,0 кгс/мм*, после высокотемпературного растяжения
микро-, а затем и макропор, вызывающих разрушение материала [224]. Микропоры преимущественно появляются на поперечных границах. Одной из причин расположения пор на границах может быть уменьшение энергии границ в результате исчезновения части поверхности раздела [2251.
Таким образом, наличие в зоне соединения различного рода дефектов и избыточной концентрации вакансий при высокотемпературных испытаниях сварных образцов должно привести к раскрытию дефектных участков и превращению их в полости.
Характер изменений в приконтактной зоне идентичных участков сварных образцов, полученных при различных длительностях сварки, показывает, что дефекты первого типа (преобладающие при t — 5 и 10 мин — см. рис. 85, фото /, 2) при высокотемпературном растяжении раскрываются и превращаются в полости. Форма и геометрические размеры дефектов второго типа (t = ~ 15 мин и 30 мин — см. рис. 85, фото 3, 4), расположенных в теле общих зерен на границе раздела, при высокотемпературном растяжении изменяются несущественно.
После высокотемпературного растяжения сварных образцов выполняли следующие исследования:
1. С помощью оптической металлографии при 100-кратном увеличении по изменению расстояния между отпечатками определяли относительную деформацию в приконтактном объеме в' = = в (t)/e? (/), где в (/) - деформация в приконтактном объеме
при времени сварки t в* (t) — деформация образца из основного металла после термодеформационного воздействия в течение времени t.
2. С помощью оптической металлографии определяли длину / дефектных участков и в предположении, что дефектные участки имеют форму квадрата, определяли их площадь по всему сечению зоны соединения. Относительную площадь, по которой образова-
лось соединение, определяли как F' = 1------------------ —, где /£ = /|
‘ Н
площадь i-того дефектного участка; FH — номинальная площадь соединения
3. На машине «Инстрон ТТ—ДМ» при нормальных условиях и скорости ползуна і мм мин определяли предел прочности при статическом растяжнии о*.
Зависимости є' (і), F' (t), о (t) и a' (t) сварных образцов после высокотемпературного растяжения показаны на рис. 86.
На том же рис. 86 показана кинетическая кривая роста относительной ударной вязкости (смысл а и форма образцов для испытаний указаны ниже) сварных соединений, полученных при тех же параметрах сварки.
Сопоставление зависимостей а (/) и а' (t) показывает, что метод испытания на статическое растяжение не чувствителен к дефектам сварки первого типа. Раскрытие их с помощью предварительного высокотемпературного растяжения приводит к резкому снижению предела прочности сварных соединений о'. Удовлетворительная корреляция зависимостей о' (/) и F" (t) указывает на то, что дефекты сварки первого типа являются результатом неполного развития физического контакта между соединяемыми металлами.
Эффект уменьшения о' по сравнению с о можно объяснить изменением условий деформации материала в зоне сварки при испытании на статическое растяжение образцов, подвергнутых предварительному высокотемпературному растяжению. Вероятно, это связано с образованием в приконтактном объеме зон затрудненной деформации, обусловленной наличием дефектов первого типа. При механических испытаниях сварных соединений на статичес кое растяжение в первые моменты времени деформация локализуется в приконтактном объеме из-за ослабления его сечения дефектами. Это приводит к быстрому упрочнению металла зоны сварки. Такое упрочнение аналогично тому, когда при одноосном растяжении элементов с надрезами (роль надрезов в сварных соединениях играют дефекты первого типа) возникает близкое к трехосному напряженное состояние 1226—229].
Из теории пластичности известно, что напряжение, необходимое для того, чтобы вызвать течение надрезанного образца, может быть в три раза выше, чем при растяжении гладкого образца 1226 ].
Если сравнить результаты механических испытаний гладкого образца и образца с надрезом, то можно определить влияние концентрации напряжений на механические свойства конкретного металла 1227, 228].
Рис. 87. Форма модельных микровыступов (а),гладких образцов (б) и образцов с выточкой (в) для кратковременных испытаний на статическое растяжение
Форму надреза можно определить, имитируя характер деформации элементарных микровыступов на соединяемых поверхностях при сварке модельных микровыступов (рис. 87). Размеры и форма гладких образцов и образцов с надрезами, которые были использованы для механических испытаний на статическое растяжение, показаны также на рис. 87. Предел прочности образцов с надрезом по данным пяти наблюдений составил 65 кгс/мм2. Эта величина почти в два раза больше предела прочности гладких образцов из никеля НВК, который равен 35 кгс/мм2 (по данным пяти наблюдений).
Таким образом, прочность при статическом растяжении сварных соединений, полученных сваркой в твердой фазе, не является объективной характеристикой и не может быть использована для анализа процессов, контролирующих формирование структуры и свойств сварных соединений.
Экспериментальные наблюдения показывают, что некоторые сварные образцы, с полностью сформированной ориентированной в плоскости контакта межзеренной границей при механических испытаниях на статические растяжения разрушаются по основному металлу. Однако пластичность таких сварных соединений Цз низкая. Отсутствие в зоне соединения дефектов первого типа не позволяет объяснить данное явление геометрическим упрочнением металла в приконтактной зоне. По-видимому, в этом случае наблюдается деформационное упрочнение, обусловленное структурными изменениями металла сварной зоны. Наличие межзеренной границы, ориентированной в плоскости контакта, при механических испытаниях образцов в наибольшей степени приводит к упрочнению границ за счет барьерного эффекта усложнения деформации у границ, о чем подробно говорилось ранее. Прикон - тактное упрочнение приводит к тому, что вязкое внутризеренное разрушение сварных образцов происходит по основному металлу. Существование межзеренной границы, ориентированной в плоскости контакта как структурного надреза, естественно, снижает пластичность таких сварных соединений.
Сравнение кинетических зависимостей относительной ударной вязкости и относительного поперечного сужения сварных соединений показывает удовлетворительную их корреляцию. Поэтому можно считать, что значения ударной вязкости достаточно удовлетворительно характеризуют качество сварных соединений.
К аналогичным выводам можно прийти при анализе зависимостей а (і) и ф (t) сварных соединений титана ВТ1 и его сплавов ВТ6 и ОТ4, а также при соединении хромистой стали ЭИ472 со сталью 35 [110, 230, 231]. На рис. 88 показана кинетика роста о и ф соединений титанового сплава ВТ6. Видно, что в этом случае пластичность соединений меньше, чем их прочность (при всех значениях Рр).
Часто, чтобы воспроизвести наиболее жесткие условия испы таний сварных соединений и определить склонность их к хрупкому разрушению, применяют механические испытания надрезанных образцов на ударный изгиб. При испытании образцов с надрезами достигается одновременное увеличение жесткости напряженного состояния и повышение скорости нагружения в области надреза. Это важные факторы, которые способствуют выявлению сварных соединений с низкой пластичностью [232].
Целесообразность использования метода испытаний на ударный изгиб соединений, полученных сваркой в твердой фазе, может быть проиллюстрирована следующей схемой (рис. 89). Предста вим цельный образец (рис. 89, а), который подвергается испытанию на ударный изгиб. Для такого образца плоскость удара лишь в отдельных точках пересекает границы зерен, а в основном она пересекает тела зерен. При ударных испытаниях такого образца
Рис. 88. Кинетика роста относительной прочности С (сплошная линия) и относительного поперечного сужения *ф (штриховая линия) сварных соединений из сплава ВТ6, Т — 850° С: / — Рр = 2,5 кгс/мм2; 2 — 2,0; 3—1.5; 4 — 1,0 |
развитие трещины будет происходить внутри отдельных зерен поликристалла (внутрикристалли- ческое разрушение). Представим далее такой сварной образец (рис.
а |
Направление |
)пинриилс> удара |
89, б), в котором зона соединения представляет собой ориентированную в плоскости контакта межзе - ренную границу. Плоскость удара в этом случае в основном совпадает с плоскостью ориентированной межзеренной границы. При ударных испытаниях такого образца развитие трещины будет происходить по ориентированной границе (межзеренное разрушение).
Структура зоны соединения реального сварного образца ввиду геометрической неоднородности соединяемых поверхностей и других особенностей процесса сварки в твердом состоянии является
1 „ Рис. 89. Схема формирования струк-
ПрОМбЖуТОЧНОИ МвЖДу ОПИСЗННЫМИ туры (образования общих зереи) в зоне выше структурами (рис. 89, в). соединения
Плоскость удара в этом случае
на некоторых участках совпадает с межзеренной границей, а на других участках пересекает тела зерен. При ударных испытаниях такого образца развитие трещины будет происходить частично по межзеренной границе, а частично внутри отдельных (общих) зерен. Естественно, что по мере того, как в зоне соединения будут образовываться общие зерна, характер разрушения будет все более приближаться к характеру разрушения цельного образца.
Согласно теории А. А. Гриффитса 1233 ], основной величиной, определяющей критическое напряжение роста острой трещины, является удельная поверхностная энергия образующихся новых поверхностей vs или энергия пластической деформации для пластичных тел и энергия разрушения для хрупких тел. Это означает, что распространение трещины возможно, когда растягивающие напряжения у ее вершины превышают силу сцепления атомов (теоретическую прочность), величина которой связана с истинной поверхностной энергией.
Величина истинной поверхностной энергии при развитии трещины по границе зерна меньше, чем при движении внутри зерна, так как атомы внутри зерна и на границе имеют разный уровень потенциальной энергии. В соответствии с общим балансом энергии в уравнении А. А. Гриффитса уменьшение потенциальной
энергии системы будет большим, когда трещина развивается по телу зерна. Таким образом, работа, затраченная при испытаниях на ударный разрыв, может быть критерием, определяющим полноту образования общих зерен в зоне соединения сварных образцов, полученных при различных параметрах режима сварки. Такой критерий является относительно грубым. Однако величина ударной вязкости наряду с тем, что она может отражать полноту процесса образования общих зерен в зоне соединения, является достаточно чувствительной характеристикой для выявления различных несплошностей и дефектов в зоне сварки. Если учесть, что несплошности и дефекты в зоне соединения могут являться эффективными барьерами для миграции границ зерен (образования общих зерен), то становится понятным, что ударная вязкость сварных соединений может быть объективным критерием их качества.
Для испытания сварных соединений и основного металла на ударную вязкость применяли стандартные образцы с разделкой Менаже по ГОСТ 6996—66. Для точного нанесения ослабляющего надреза одну из сторон сварного образца шлифовали и травили в 50%-ном водном растворе концентрированной H2S04. Фиксацию линии сварки проводили на микротвердомере ГЇМТ-3 цепочкой отпечатков. Испытания на ударную вязкость осуществляли на маятниковом копре МК.-30 при комнатной температуре.
По данным испытаний определяли относительную ударную вязкость сварных соединений a (t) = а (t)/a* (t), где а (t) — ударная вязкость сварного соединения, полученного при длительности сварки t а* (/) — ударная вязкость образца из основного металла после термодеформационного воздействия по режиму сварки в течение времени /. В тех случаях, когда образцы из основного металла и сваренные образцы при испытании не разрушались, условную ударную вязкость определяли по величине работы, затраченной на ударный изгиб.
На рис. 90 показаны кинетические кривые роста относительной ударной вязкости сварных соединений из никеля НВК-
Сопоставление данных рис. 84 и рис. 90 показывает, что ударная вязкость при любых значениях температуры, давления и длительности сварки меньше, чем статическая прочность при растяжении. Однако зависимости а (t) удовлетворительно коррели - руются с кинетическими зависимостями роста относительного поперечного сужения сварных образцов.
На величину ударной вязкости сварных соединений при фиксированном времени сварки существенное влияние оказывают как температура, так и давление сварки. Далее с помощью дисперсионного анализа будет показано значимое влияние этих параметров процесса на средний размер зерна в зоне соединения.
Для определения температурною коэффициента роста ударной вязкости сварных соединений воспользуемся кинетическими
Рис. 90. Книетнка роста относительной ударной вязкости а сварных соединений из никеля НВК: а — Рр = 1,0 кгс/мм2; б — 1,5; в — 2,0; 1 — Т =1100° С; 2 — Ю50; 3— 1000; 4 — 950; 5 — 900; 6 — 850 |
Vt to? к Рис. 91. Зависимость lg / — — при различных фиксированных значениях а: а — PD — 1,0 кгс/мм2; б — 1.5; в — 2,0 |
зависимостями а (t). Зафиксируем а и для различных ее значений
построим зависимости lg Г Эти зависимости приведены на
рис. 91. Полученные значения температурных коэффициентов при всех фиксированных величинах а и исследуемых Рр лежат в диапазоне 62—67 ккал/моль, т. е. близки к энергии активации объемной самодиффузии для никеля.
В работах [20, 21 ] на примере сварки среднелегированных сталей показано, что образование общих зерен в приконтактном объеме повышает ударную вязкость сварных соединений до уровня основного металла, но является недостаточным для получения качественного соединения. Излом сварных образцов остается ориентированным в плоскости контактирования. Это указывает на то, что для некоторых материалов показатели ударной вязкости не всегда могут быть достаточно объективным критерием качества соединения.
Можно предположить, что существование отдельных пор внутри общих зерен в зоне соединения влияет на качество сварного соединения. Для оценки их влияния проводили высокотемпературные испытания сварных соединений.
Высокотемпературная прочность сварных соединений зависит от многих факторов, главным из которых является состояние
Рис. 92. Высокотемпературная прочность сварных соединений никеля НВК, полученных при Рр = = 1,0 кгс/мм* (а); Рр = 1,5 кгс/мм2 (б); Рр = 2,0 кгс/мм2 (в), и основного металла — никеля НВК (штриховая линия) прн е = 1,0%/ч и Т = 900° С:
б, кгс/мм2 1.0 |
950°С _1 £ 20 т, v 15 |
/ — длительность сварки t — = 1,0 мин; 2 — 2,5; 3 — 5,0;
4 — 10,0; 5 — 15,0; 6 — 20,0:
7 - 25,0
границ зерен. Основные положения интеркристаллитного высокотемпературного разрушения были изложены ранее и, в частности, было показано, что эффект приконтактного упрочнения не реализуется при межзеренном разрушении.
Высокотемпературную прочность сварных соединений и основного металла (после термодеформационной обработки его по режиму сварки) определяли на машине «Инстрон ТТ—ДМ» в вакууме 5-Ю"4 мм рт. ст. с постоянной скоростью движения захва-
тов машины 5-10 3 мм/мин при температуре 900° С. Качество сварных соединений и образцов из основного металла оценивали по величине оставшегося напряжения (напряжения релаксации) сгц по методике, описанной в работе [234]. Скорость относительной деформации рабочей части образца (на базе 30 мм) составляла 1°о/ч. Температура и скорость деформации при испытаниях были выбраны такими, чтобы обеспечивалась пропорциональная зависимость между площадью межзеренной поверхности, повреждаемой трещинами, и общей деформацией [221, 235].
При испытаниях фиксировали изменение оставшегося напряжения aw в зависимости от времени испытания т. Испытания прекращали, когда значение достигало 0,6 кгс/мм2. Для сравнения прочности сварных соединений с основным металлом образец из основного металла подвергали термодеформационному воздействию, имитирующему условия сварки, и испытывали по аналогичной методике.
Результаты выполненных исследований позволили получить зависимости (т) для основного металла и сварных образцов, выполненных при различных значениях Т, Рр и t (рис. 92). Для количественной оценки влияния параметров режима сварки на кинетику формирования высокотемпературной прочности сварных соединений по зависимости (т) определяли относительную долговечность сварных соединений: т — т (/)/т* (/), где т (/) — время, за которое прочность сварного соединения, полученного при длительности сварки t, падает до 0,6 кгс/мм2, а т* (/) — время, за которое прочность образца из основного металла после термодеформационного воздействия в течение времени t снижается до 0,6 кгс/мм2. Зависимости т (/) при различных Т и Рр приведены на рис. 93.
Сопоставление зависимостей а (/) и т (/) показывает, что при максимальной ударной вязкости сварные соединения еще не обладают номинальной жаропрочностью. Это можно объяснить несколькими причинами.
Авторадиографические исследования показывают, что при рекристаллизации образование совершенной структуры в областях, где были старые границы, и формирование дефектной структуры новых границ отстает по времени от процесса миграции границ [236]. В этом случае жаропрочность сварных соединений следует объяснить тем, что разрушение соединений происходит по бывшим границам зерен.
Другой причиной может быть то, что ударная вязкость при испытании пластичных металлов является интегральной характеристикой. Она включает работу, затраченную на пластический изгиб, и работу, связанную с зарождением и распространением трещин [237]. В этом случае показатели ударной вязкости могут в количественном выражении недостаточно объективно отражать пластические свойства сварных соединений.
Рис. 93. Кинетика роста относительной высокотемпературной прочности х сварных соединений никеля НВК: а — Я - = 1,0 кгс/мм*; 6—1,5; в — 2; / — Т = 1100° С; 2 — 1050; 3 — 1000, 4 — 950 |
Рис. 94. Зависимость lg / — — ~Y~ прн различных фиксированных значениях т: о — Рр = 1.0 кгс/мм2; 6 — 1.5; в — 2 /т ГО*, к |
Вероятной причиной понижения (по сравнению с ударной вязкостью) жаропрочности сварных соединений являются локализованные в теле зерен поры.
Оценим температурный коэффициент роста высокотемпературной прочности сварных соединений. Для этого воспользуемся зависимостями т (/). Зафиксируем несколько значений т и построим для них зависимости lg Т (рис. 94). Полученные значения, найденные по тангенсу угла наклона указанных зависимостей к оси /Т при различных т и Рр, лежат в диапазоне 60,0— 63,0 ккал/моль, т. е. близки к энергии активации объемной самодиффузии для никеля.
На рис. 95 приведены зависимости а (є), полученные с помощью данных, приведенных на рис. 13 и 84. Для сравнения показаны также зависимости FK (є). Видно, что для любого фиксированного значения е при всех температурах и расчетных давлениях сварки FK > а. Это еще раз подтверждает вывод о том, что прочность при растяжении не является объективной характеристикой качества соединения, полученного сваркой в твердой фазе.
Сопоставление зависимостей а (е) и FK (е), а также данные металлографических исследований (см. рис. 85) подтверждают, что дефекты первого типа в зоне соединения, приводящие к уменьшению пластичности сварных соединений, являются результатом неполного развития физического контакта. При любых исследованных давлениях сварки после того, как относительная прочность при растяжении достигает единицы, требуется дополнительная деформация для завершения стадии образования физического контакта. На форму и размеры дефектов, по-видимому, существенное влияние оказывает давление сварки. При Рр = = 1,0 кгс/мм2 характер зависимости о (е) мало отличается от зависимости FK (є). С увеличением давления сварки, когда время накопления одинаковой деформации уменьшается, разница между do/de и dFJdz увеличивается. Для зависимостей с (е) можно за |
эффективность использования пластической деформации при увеличении Рр снижается, т. е. при одинаковой деформации величина о тем больше, чем меньше давление сварки. Анализ зависимостей а (є), приведенных на рис. 96, показывает, что при фиксированной деформации для любых значений Т и Др величина ударной вязкости меньше величины площади контакта (см. |
писать неравенство |
<+i |
Рис. 96. Зависимости а (е), полученные по даииым є (О и о (t): / — Р - = 1,0 кгс/мм*; 2 — 1,5; 3 — 2,0 |
da |
da |
> |
показывающее, что |
de |
de |
Рис. 95. Зависимости о (Е) и FK (е), полу- Чениые по данным е (/), a (t) и FK (t): а — Рр = 1,0 кгс/мм*; 6 — 1,5; в — 2 |
f — Рр = 1,0 кгс/мм’; 2 — 1,5; 3 — 2.0 |
рис. 21). Эффективность использования пластической деформации зависит от совместного влияния температуры и давления сварки, т. е. не только от степени деформации, но и от времени, за которое она накоплена. Следует отметить, что уменьшение времени накопления одной и той же степени деформации за счет повышения температуры сварки (Рр = const) приводит к существенному росту ударной вязкости. Наиболее ярко этот эффект наблюдается при низких температурах. По мере повышения температуры эффективность этого явления уменьшается. Когда время накопления постоянной степени деформации уменьшается за счет увеличения давления сварки (Т = const), разница в значениях ударной вязкости сварных соединений менее существенна. Эти данные дают основание предполагать, что процесс уменьшения дефектов первого типа в зоне соединения осуществляется главным образом за счет объемной самодиффузии.
Характер зависимостей т (г), приведенных на рис. 97, аналогичен зависимостям Рк (е) и о (є). В данном случае при постоянном давлении сварки величина т также зависит только от степени деформации, независимо от того, за какое время она накоплена Следует отметить, что связь между величинами т и е имеет линейный характер. Однако при увеличении расчетного давления сварки величина т изменяется с деформацией менее интенсивно, т. е. при одинаковой деформации величина т тем больше, чем меньше давление сварки.
На основании выполненного анализа можно сделать следующие выводы. При постоянном расчетном давлении сварки значения о и т зависят только от степени деформации, независимо от того, за какое время она накоплена (точки, полученные при различных температурах, укладываются на одну линию). Повышение давления сварки приводит к уменьшению наклона кривых или прямых, связывающих величины о и т и степень деформации. Это значит, что при одинаковой деформации значения о и т тем больше, чем ниже давление сварки.
Зависимость величины ударной вязкости от деформации имеет более сложный характер. Наиболее эффективно деформация влияет на ударную вязкость в области высоких температур и низких давлений сварки.