Диссертация (1150863), страница 7
Текст из файла (страница 7)
При угловом расположении передняя кромка метаемойпластины отбортована под углом и касается ребром неподвижной основы, чтопозволяет получить качественную сварку на начальном участке соударения.Важную роль при сварке взрывом играет возникающее на поверхностисоединяемых материалов волнообразование – остаточная деформация в областисоударения. Одним из существенных критериев волнообразования является давление,создаваемое при взрыве [43]. Характер волнообразования в основном зависит отскорости метаемой пластины и скорости точки контакта, а максимальная прочностьсоединения получается при образовании соединения синусоидальной формы [44].
Напроцесс волнообразования, прежде всего, влияет угол соударения свариваемыхпластин: увеличение угла приводит к удлинению волны. Существует критическоезначение, при котором волна не образуется.Известно, что при сварке взрывом осуществляется совместная пластическаядеформация поверхностных слоев соединяемых металлов. При этом металлысближаются на расстояние, необходимое для протекания процесса межатомноговзаимодействия. В момент сварки в окрестности точки контакта создается облакодисперсных частиц соединяемых металлов и поверхности очищаются от окисныхпленок и прочих загрязнений, чем и создаются условия физического контакта [45].Пластическая деформация обеспечивает перевод значительной части кинетическойэнергии метаемой пластины в тепло, причем максимальное ее превращениепроисходит за время порядка 2δ/c, где δ – толщина пластины, с – скорость звука вболее тонкой свариваемой пластине. Возникновение волн в этом промежутке времениспособствует механическому перемешиванию, усилению сцепления металлов иувеличению поверхности соприкосновения.
Степень пластической деформацииможно повысить, если увеличить давление соударения, при этом могут образоватьсяучастки оплавления вследствие возникновения значительного количества сплава научастках интенсивной совместной пластической деформации.35В переходном слое при сварке взрывом также могут появиться и другиеструктурные изменения [46,47], такие как химические неоднородности, соединения сограниченной или непрерывной растворимостью, прослойки химических соединениймежду металлами, смесь не взаимодействующих между собой металлов, диффузия втвердом или жидком состоянии [48].
Композиции разнородных металлов,соединенных взрывом, разделяют на три группы: 1) не имеющие взаимнойрастворимости, 2) образующие твердые растворы, 3) образующие химическиесоединения [49]. В процессе сварки металлов первой группы происходит сближениедо атомных уровней и механическое взаимное перемешивание движущихсяповерхностных слоев металлов. При сварке металлов второй группы в зоне шванаблюдаются различные неоднородности и участки оплавления, которые неоказывают существенного влияния на прочность соединения. В отличие от металловпервой и второй группы, имеющих хорошую свариваемость, из металлов третейгруппы очень трудно получить качественное биметаллическое соединение.
Присварке подобных металлов в зоне шва также могут образоваться хрупкие соединения,которые сильно ухудшают прочность биметаллических соединений [42].Биметаллические соединения, применяемые на практике, как правило, действуютза счёт различных коэффициентов термического расширения отдельных компонентовкомпозита. Они нашли своё применение в качестве элементов термостатов, взащитных устройствах, в измерительных приборах и даже в часах.Очевидно, что методика соединения металлических материалов сваркой взрывомявляется быстротечным процессом, практически исключающим локальное плавлениесвариваемых пластин, что наделяет ее неоспоримым преимуществом передостальными видами сварки.
Кроме того, использую данную технику можно получатьмногослойные композиты достаточно больших размеров. Эти факты говорят в пользутого что сварка взрывом может и должна быть использована в качестве эффективногометода создания биметаллических функциональных композитов.361.3. Металлические слоистые композиты на основе сплавов спамятью формыБиметаллический композит, один из слоев которого обладает эффектами памятиформы, а другой – является упругим телом, методом сварки взрывом впервые былполучен в [50]. В работе исследовано влияние параметров взрыва на процессы сваркии особенности строения границы в биметаллическом композите «TiNi–сталь».Найдены 4 предела для параметров сварки: максимальная скорость точкистолкновения;критическаяскоростьстолкновения,прикоторойрежимтурбулентного потока сменяется ламинарным, что является определяющим дляволнистого и ровного рисунков границы; минимальная и максимальная возможныедля проведения успешного соединения скорости метаемой пластины.
Былоустановлено, что для оценки критической скорости столкновения требуется низкаяскорость детонации, которая зависит от толщины взрывчатого слоя. Также с высокойточностью экспериментально определены скорости точки столкновения дляполучения в композите «TiNi-сталь» волнистой и гладкой границ соединенияповерхностей. Таким образом, авторы показали, что сваркой взрывом можно получитьбиметаллические композиты на основе сплава TiNi с эффектом памяти формы иупругого тела.Несмотря на многообещающие перспективы практического примененияподобныхобъектовихфункционально-механическиесвойстваосталисьнеизученными. Возможное практическое применение биметаллических композитовна основе сплава TiNi были предложены другим коллективом авторов, которыеобратились к ещё одному уникальному свойству этого сплава, а именно, способностиTiNi противостоять воздействию кавитационной эрозии [51–53].
Этот вид эрозиигубителен для поверхностей гребных винтов судов, гидротурбин, акустическихизлучателей и прочей гидротехники, и на борьбу с ней выделяются большие силы исредства.37Продолжением начатой авторами работы являются результаты, описанные в[54]. В статье описывается воздействие режимов предварительной термообработки наспособность двух биметаллических композитов “TiNi - низкоуглеродистая сталь” сразными составами сплава слоя TiNi противостоять кавитационной эрозии.Результатыработ[55]и[54]подтверждаютвозможностьэффективногоиспользования биметаллических композитов “TiNi - сталь” в качестве активныхэлементов гидросистем, способных противостоять кавитационной эрозии.Продолжение темы соединения сплава с памятью формы со сталью путемсварки взрывом было найдено в относительно новой работе [56].
Авторы работыисследовали возможность получения не только биметаллических пластин, но итрехслойных композитов “сталь – TiNi – сталь”.Для получения двухслойного композита былииспользованы пластины Ti-54 вес. %Ni толщиной 2мм и пластины стали марки 12Х18Н10Т толщиной5мм. Электронно-микроскопические исследованияпоказали, что как на границе соединения, так и вобъёме материалов отсутствуют какие-либо видимыеучастки оплавления, поры, трещины и другиедефекты, а граница соединения двух сплавов имеетволнообразный характер (Рисунок 14).
Результатыисследования распределения химических элементоввблизи сварного шва (Рисунок 14) показали, что зонаперемешивания составила порядка 40 мкм.Трехслойный композит “сталь – TiNi – сталь”Рисунок 14. SEM – изображениезоны сварного шва биметалла был изготовлен в два этапа: сначала методом сварки“TiNi - сталь” (а) и распределениехимических элементов вблизи взрывом было получено соединение “TiNi – сталь”,него (б).[56]после чего на него нанесен третий слой стали. Такая38технология обеспечила прочное соединение слоев друг с другом без каких-либовидимых дефектов в зоне соединения (Рисунок 14).Методом дифференциальной сканирующей калориметрии было обнаружено,что как в двухслойном, так и в трехслойном композитах, сварка взрывом приводит красширению температурного интервала фазовых переходов и уменьшению скрытойтеплоты превращения. Такое изменение авторы связывают с действием большойпластической деформации оказанной на пластины во время процесса сварки взрывом.Было также установлено, что отжиг приводит к полному восстановлению кинетикимартенситных превращений в композитах, т.
е. сварка взрывом не приводит кнеобратимым изменениям термоупругих фазовых превращений, а, следовательно, ифункционально-механических свойств. Это говорит о том, что данный методсоединения может быть использован для получения композитных функциональныхматериалов.Продолжением этих исследований является работа [57],в которой былоизучено влияние процесса сварки взрывом на кинетику мартенситных превращений вбиметалле. Также в работе обсуждалась возможность использования последующегоотжига как для устранения негативного воздействия процесса сварки, так и длядостижения желаемой последовательности фазовых переходов.
Для этого изучаливлияниетемпературыидлительноститермообработкинахарактеристикимартенситных превращений в сплаве TiNi. Установлено, что отжиг при температуре450оС – 600оС приводит к полному восстановлению кинетики превращений. Послеотжига при 450оС в слое TiNi наблюдалось мультистадийное B2 → R →B19’превращение при охлаждении. Таким образом, было показано, что, используяразличные режимы термообработки, можно изменять кинетику мартенситныхпревращений в биметалле.39Примеры композитов с эффектом памяти формы,полученных сваркой взрывом, не ограничиваютсятолько композитами, полученными путем соединениясплавов никелида титана со сталями. Примером томуслужит работа [58]. В данной статье обсуждаетсямикроструктура композита, состоящего из сплава спамятью формы CuAlMn и бериллиевой бронзы.Пластины сплавов Cu73Al24Mn3 и QBe2 были соединеныметодомсваркипараллельнойвзрывомсхемысиспользованиемначальногорасположениязаготовок.
После проведения сварки, плиты былиРисунок 15. SEM – изображениезонысварногосоединения подвержены двойной термообработке при температуребиметалла“CuAlMn– 350оС в течение 20 минут и при температуре 450 оС вбериллиевая бронза QBe2”. [58]течение 5 минут, а затем проводили основнуютермообработку при температуре 770оС в течение 3 минут. Это было сделано для того,чтобы получить в сплаве с эффектом памяти формы термоупругий мартенсит, а вбронзе высокие прочностные свойства. После указанной термообработки сплавCuAlMn находился в мартенситной фазе, а QBe2 в α+γ' – фазе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
