Особенности структуры сварных соединений металлов с различной растворимостью элементов в твердой фазе, полученных сваркой трением с перемешиванием

Abstract

Приведены результаты исследования структуры и свойств сварных соединений разнородных металлов, полученных сваркой трением с перемешиванием. Исследованы системы с неограниченной (Ni–Cu) и с ограниченной (Cu–Fe) растворимостью, а также с отсутствием растворимости (Al–Fe) компонентов в твердом состоянии. В результате сварки трением с перемешиванием меди и никеля было получено качественное сварное соединение с взаимным проникновением одного металла в другой на глубину до 3 мм. Ведущую роль в этом процессе играет механическое перемешивание металлов, а процессы диффузии незначительны. В полосах механического перемешивания происходит измельчение структуры вследствие прохождения процессов перекристаллизации. Диффузия меди в никель по границам зерен идет на глубину до 20 мкм с образованием прослоек твердого раствора этих металлов. При исследовании сварного соединения меди со сталью установлено, что ведущую роль в этом процессе также играет перемешивание металлов, роль диффузионных процессов мала. В процессе сварки происходит значительное измельчение зерна как в зоне рекристаллизации, так и в зонах термомеханического и термического влияния. В результате сварки трением с перемешиванием алюминия с железом образовалась зона соединения значительного объема с проникновением алюминия в железо на глубину до 2,5 мм. При этом происходит взаимодействие металлов: массоперенос в первую очередь алюминия и последующее образование соединений Fe₂Al₇, FeAl₂. Наиболее твердые участки зоны соединения содержат интерметаллиды в алюминиевой матрице. Такая структура имеет твердость 2870 ± 410 МПа, что более чем в 3 раза ниже твердости алюминидов железа. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать данный способ сварки для получения биметаллических соединений разнородных металлов, имеющих различную растворимость элементов в твердом состоянии.