Диффузионная пористость

/ — дислокационное скольжение; // — дислокационная ползучесть; /// — диффузионная ползучесть; / — TS = 0,1 МПа; 2 — линия солидуса; 3 — предельная прочность при сдвиге.

1.4.3. Диффузионная ползучесть

/ — дислокационное скольжение, контролируемое сопротивлением решетки (а) и препятствиями (б): // — низкотемпературная ползучесть; /// — высокотемпературная ползучесть; IV — область динамической рекристаллизации; V — диффузионная ползучесть по границам зерен; VI — диффузионная ползучесть.

1.4.3. Диффузионная ползучесть.........: ...... 25

Основная неизвестная величина при анализе ползучести обычных поликристаллических материалов, даже в случае одной и той же среды,— взаимодействие между транскристаллитной, или дислокационной, ползучестью и такими ее формами, связанными с границами зерен, как проскальзывание по границам и диффузионная ползучесть. Такое взаимодействие, предполагающее наличие процессов взаимной аккомодации [170, 171], должно, конечно же, зависеть от размеров зерна. Неудивительно поэтому, что одним из основных наблюдений, связанных с коррозионной ползучестью и разрушением, является обусловленный размером зерна переход между поведением I и II типов. Для ясности обратимся вновь к табл. 5. В одном и том же сплаве по мере уменьшения размера зерна упрочнение поверхностей зерен может все в большей степени компенсироваться ослаблением выходящих на поверхность граней. При этом межкристаллитный тип ползучести (проскальзывание по границам зерен) становится доминирующим, т. е. зер-иограничные эффекты по-прежнему важны. Кроме того, как уже обсуждалось, окисление, или проникновение воздуха вдоль границ, может усилить скольжение по границам зерен за счет, например, уменьшения сил связи [29, 30, 35]. Первое предположение вполне разумно и подтверждается в случае однофазных систем [170].

При любом напряжении в металле происходит направленное перемещение атомов, приводящее к остаточной деформации. С повышением температуры все больший вклад в суммарную пластическую деформацию вносит диффузионная ползучесть, т. е. ползучесть, вызванная направленной диффузией в поле механических напряжений. Скорость диффузионных процессов с повышением температуры возрастает по экспоненциальному закону.

Диффузионная ползучесть не может быть обнаружена по каким-либо следам металлографически, так как она является следствием перемещения отдельных атомов. Диффузионный механизм пластической деформации при ползучести может быть преимущественным при температурах выше 0,5ГПЛ. Вклад его в общую деформацию будет относительно тем больше, чем ниже напряжение.

1 — теоретическая сдвиговая прочность; 2 — дислокационное скольжение; 3 — дислокационная ползучесть; 4 — диффузионная ползучесть (зернограничный массопере-нос); 5 — диффузионная ползучесть (внутризеренный массоперенос)

под действием подвешенного к ним груза (диффузионная ползучесть материалов) и т.д.

Диффузионная ползучесть 384

Ползучесть • Изменение структуры при ползучести • Диффузионная ползучесть 0 Диффузия и жаропрочность 41 Структура и жаропрочность 0 Разрушение при высоких температурах

ние [148]. Существенной особенностью системы металл — графит является то, что диффузионная пористость формируется на межфазной поверхности. С переходом атомов углерода из графита в твердый раствор межфазная поверхность усложняется благодаря присутствию рыхлот, не устраняемых повакансионным растворением их и диффузией вакансий в металле и графите. Энергия активации самодиффузии в графите, например, составляет 160 ккал/моль [48], и, вопреки утверждению авторов работы [178], образующиеся вакансии не могут перемещаться далеко в глубь включений графита. Ограниченным является и удаление вакансий в металлическую основу сплава, поскольку энергия активации самодиффузии в никеле, кобальте и железе выше энергии активации диффузии углерода в них. В связи с этим залечивание пор происходит медленнее, чем растворение графита.

(сурьмой, свинцом, оловом) и никеля с алюминием [190]. Объем спрессованных железо-медных брикетов, например, во время отжига при температурах, превышающих точку плавления меди, интенсивно возрастает. Медленное увеличение объема происходит и при отжиге композиции в твердом состоянии [339]. Скорости растворения жидкой меди и залечивания пор сильно различаются, что обусловливает увеличение объема брикета. Диффузионная пористость развивается и при рассмотренном выше окислении капель жидкого алюминия [194].

1. Диффузионная пористость, возникающая вследствие развития нескомпенсированиой диффузии между компонентами Мн и Мп. Такая пористость снижает прочность, вакуумплотность и другие свойства паяного соединения.

Диффузионная пористость Контактио-реактивная пайка Охрупчива-иие* Типичные двойные системы

Смачивание, затекание в зазоры. Как следует из табл. 22, при адгезионном характере взаимодействия А и В в процессе пайки не развиваются химическая эрозия паяемого металла, прослойки химических соединений, диффузионная пористость, охрупчивание паяемого металла в контакте с жидким припоем. Вместе с тем полученные при этом паяные соединения из-за слабой химической связи шва и паяемого материала характеризуются сравнительной склонностью к развитию 1целевой коррозии. Для улучшения совместимости А н В при таком виде диаграммы состояния необходимо увеличение степени их химического взаимодействия. Это может быть достигнуто при активировании основы припоя В компонентами со сравнительно большим химическим сродством к основе А паяемого металла, образующими с ним широкие области твердых растворов или химические соединения. Содержание легирующих элементов в последнем случае должно быть инже критического, т. е. такого, начиная с которого становится возможным образование по границе шва и паяемого материала прослоек химических соединений, охруп-чнвающих паяное соединение. Этот принцип был использован разными -авторами для улучшения смачиваемости меди висмутовыми припоями путем введения в них .добавок никеля, кольбата, платины, золота, палладия; меди и латуни цинковыми припоями путем введения в них кадмия или алюминия (ПЦКдСрСу25—5—5, ПКдСрСуШ—4—3, ПЦА8М); коррозиониостойкнх сталей кадмиевыми припоями путем введения в них цинка (60—85% Cd, 15—30% Zn, 0,4—5% Ni, <пл=270-н290°С); меди и иизкоуглеро-дистых сталей кадмиевыми припоями при введении в них цинка и титана (Cd 10—40% Zn, 0,05—0,5% Ti); стали припоями, содержащими >60% Ag, при введении в них марганца; меди при пайке ПОС61 при введении в него Mg (0,09—0,10%).

Диффузионная пористость. Пористость, развивающаяся в зонах паяного соединеиня в условиях нескомпенсированной диффузии компонентов припоя и паяемого металла при диффузионной пайке или высокотемпературной эксплуатации паяных соединений, называется диффузионной пористостью.

Диффузионная пористость особенно опасна в прослойках химических соединений на границе шва вследствие их высокой хрупкости и характерна главным образом для нестехиометрического их типа; т. е. когда на их основе образуются твердые растворы с компонентами Мк н (или) Мп. К такого типа -химическим соединениям относятся, например, химические соединения в системах Си—Sn, Ti—Ge, Ti—Fe, Ni—Ge, Ni—Sn, Fe—Al, Al—Ti, Ag—Ge, Ag—Sn.

В прослойках химических соединений стехиометрического типа диффузионная пористость образуется только при взаимодействии технически чистых металлов или сплавов и протекает медленно (Ti—Sn, Co—Al, Ni—Al, Pd—Al, Pd—Cu, Cr—Cu, Mg—Mn, Mg—Pb, Cu—Mg).

Развитие диффузионной 'пористости в прослойках нестехиомет-рнческого химического соединения на границе со швом исследовано при пайке меди оловом [25]. При этом диффузионная пористость возникает в прослойке (е-фаза), образующейся между прослойкой наиболее легкоплавкого химического соединения системы (ii-фаза) и паяемым металлом. Пористость при выдержках до 60 мин. образуется при температурах 550—700 °С, т. е. ниже температуры разложения е-фазы.

Развитие диффузионной пористости в е-фазе резко снижает сопротивление срезу паяного соединения (до 10—15 МПа). Только-при диффузионной пайке выше температуры существования е-фазы (>800°С) диффузионная пористость не образуется и прочность паяного соединения повышается до 150—180 МПа, однако при вы* держке 60 мнн еще не достигается .равнопрочность паяного соединения и основного материала.

ния постепенно рассасывается и диффузионная пористость устраняется. Однако такие длительные выдержки * условиях производства резко снижают производительность процесса.