СВАРКА И СВАРИВАЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Перераспределение дефектов кристаллической решетки

В металле, находящемся в неравновесном состоянии после бы­строго охлаждения с высоких температур (сварка, закалка) или холодной пластической деформации (основной металл), ха­рактерна высокая плотность дефектов кристаллического строе­ния решетки: вакансий, дислокаций, межузельных атомов и др. Плотность дислокаций изменяется в широких пределах — от 108 см-2 у отожженного металла до 1012 см-2 у металла после закалки или большой степени деформации. Дислокации обра­зуют замкнутые сплетения, которые разделяют металл на от­дельные ячейки размером порядка одного микрона. Внутри ячеек плотность дислокации сравнительно не велика. Повы­шение общей плотности дефектов в металле приводит к повы­шению прочностных свойств (наклеп после холодной деформа­ции)1 и изменению некоторых физических свойств, например к увеличению электросопротивления.

При нагреве металла с неравновесной концентрацией де­фектов кристаллической решетки свыше температуры Тв~ жО,2Тпл К (Тпл — температура плавления) в нем развиваются процесы возврата. Первая его стадия, протекающая без изме­нения ячеистой структуры, называется отдыхом, вторая — свя­занная с формированием и миграцией малоугловых границ — полигонизацией.

При отдыхе наиболее важным процессом является уменьше­ние избыточной концентрации вакансий (от св н до св р). Ва­кансии мигрируют к дислокациям, границам зерен и внешним поверхностям и там аннигилируют. Межузельные атомы ан­нигилируют на краевых дислокациях и при встрече с ваканси­ями. Скорость отдыха зависит от энергии активации самодиф- фузии н температуры. При одинаковых относительно Тпл темпе­ратурах (так называемых гомологических 0 = 7’/7’Пл) скорость отдыха у разных металлов примерно одинакова. При этом аб­солютные температуры сильно отличаются. Так, при комнатной температуре избыточные вакансии полностью исчезают у некле - панного алюминия, частично — у меди. Для начала движения вакансий у никеля требуется нагрев до 370 К, а у железа до 420—470 К. Другими процессами при отдыхе являются частич­ная перегруппировка дислокаций и аннигиляция дислокаций разного знака. Результатом отдыха является восстановление таких физических свойств, как электросопротивление, а также смягчение пиков внутренних микронапряжений.

Полигонизация — процесс образования субзерен, разделен­ных малоугловыми границами. Полигонизация является разви­тием возникшей при пластической деформации ячеистой струк­туры. Размытые, объемные сплетения дислокаций вокруг ячеек становятся более узкими и плоскими и превращаются в суб­границы, ячейки и субзерна. Процесс развивается при темпера­турах более высоких, чем температуры отдыха. Тело субзерен практически очищается от дислокаций. Решетки соседних суб­зерен получают небольшую взаимную разориентировку (до не­скольких градусов). При продолжительной выдержке и повы­шении температуры происходит укрупнение (коалесценция) субзерен, так как при этом снижается энергия субграниц.