Контактное плавление

При расчете зубчатых передач цилиндрических косозубых, шевронных и конических с круговым зубом в расчетную формулу подставляют при II варианте Т. О. допускаемое контактное напряжение

Расчетное контактное напряжение косозубых и шевронных колес

Полученное расчетное контактное напряжение ан должно находиться в интервале (0, 9... 1,05) [<7]7/.

Расчетное контактное напряжение должно быть в интервале a/f = (0,9. ..1,03) [<т]н. При несоблюдении этого условия изменяют диаметр колеса de2.

Расчетное контактное напряжение

Для варианта термообработки II допускаемое контактное напряжение, которое должно приниматься в расчет, определяют по формуле (2.7)

Расчетное контактное напряжение по формуле (2.31)

По формуле (2.52) расчетное контактное напряжение

Допускаемое контактное напряжение (2.59)

Коэффициент нагрузки К= 1 при К2^3 м/с. Тогда расчетное контактное напряжение (2.81)

Расчетное контактное напряжение (2.31)

бидных и связывающей фаз на межфазных границах (контактное плавление) с образованием новых карбидных фаз, но отсутствовало полное переплавление этих фаз в приповерхностном слое. При таком выборе плотности энергии микротвердость рабочих поверхностей инструмента после облучения возрастает на 15-20%, а его износостойкость при резании - в 2-3 раза. Для дополнительного увеличения износостойкости инструмента после облучения его подвергают отжигу в вакууме при 900°С в течение 1,5-2 часов.

Контактное плавление возможно не только для веществ, имеющих диаграмму состояния эвтектического типа, но и для любых других, имеющих минимум на диаграмме состояния (например, некоторые системы с неограниченной растворимостью).

Соединение при пайке может быть получено и без предварительного введения припоя. В этом случае используется контактное плавление. Спаи, образующиеся при пайке в результате контактного плавления, относят к контактно-реакционным. При образовании этого вида спаев процесс ведется при температурах ниже точек плавления взаимодействующих металлов. Образование спаев при температуре пайки начинается за счет диффузионных процессов при отсутствии жидкой фазы.

Контактно-реакционный спай. Контактное плавление — переход в жидкое состояние разнородных твердых материалов при температурах ниже точек их плавления. Это присуще как металлам, так и неметаллическим материалам.

В основе контактного плавления лежат диффузионные процессы. Диффузия в твердую фазу при наличии контакта взаимодействующих материалов может продолжаться до тех пор, пока концентрация второго компонента взаимодействующей пары в поверхностном слое не достигнет равновесного предела растворимости при данной температуре. После этого, если температура соответствует эвтектической или минимуму на линии солидуса, в системах начинается образование жидкой фазы. С момента ее возникновения дальнейшее взаимодействие контактирующих металлов происходит уже через слой расплава. Образование твердого раствора в поверхностном слое металлов, находящихся в , контакте с жидкой фазой, является процессом, непосредственно подготавливающим плавление этого слоя. Поэтому и после возникновения жидкой фазы контактное плавление рассматривается как процесс плавления твердых растворов, образовавшихся за счет диффузии атомов второго компонента из жидкости и ухода атомов первого компонента в жидкую фазу.

взаимодействующими металлами I и II в системе должны возникать процессы, уменьшающие ее свободную энергию. Такими процессами могут быть диффузия в твердую фазу и контактное плавление образовавшихся в результате диффузии перенасыщенных твердых растворов. При диффузии уменьшение свободной энергии происходит вследствие образования твердых tx- и Р-растворов, при плавлении — в результате образования стабильной жидкой фазы. Поскольку процесс контактного плавления является необратимым, то для выяснения его направленности применены методы термодинамики необратимых процессов. Основным признаком необратимых процессов является возрастание энтропии, являющейся однозначной функцией состояния системы. Общее уравнение энтропии находится из термодинамического уравнения Гиббса. Зная энтропии всех фаз, участвующих в контактном плавлении, можно рассчитать изменение энтропии системы, которое разделяется на внешнее djs, обусловленное взаимодействием системы с внешней средой, и внутреннее dfS, обусловленное процессами, происходящими в самой системе. Основным критерием необратимости является положительное значение первой производной по времени от внутреннего изменения энтропии, или так называемого возникновения энтропии: dis/(dt) ^ 0.

Из этого выражения следует, что контактное плавление будет протекать до тех пор, пока не исчезнет хотя бы одна из твердых фаз, например II, и dM^/dt не станет равно нулю. После этого процесс может идти только в сторону установления таких составов фаз I и Ж, чтобы химические потенциалы компонентов в них оказались равными. Химический потенциал, или свободная энергия Гиббса, определяется из соотношения

Пайку, при которой припой образуется в результате контактного плавления соединяемых металлов, промежуточных покрытий или прокладок, называют контактно-реактивной пайкой. Контактное плавление, являющееся фазовым переходом первого рода (изменение термодинамического состояния сопровождается конечным тепловым эффектом п изменением структуры), наблюдается у материалов, образующих эвтектики или имеющих минимум на диаграмме плавкости. Процесс контактного плавления состоит из двух основных стадий: 1) подготовительной, заключающейся в образовании в зоне твердых растворов устойчивых зародышей жидкой фазы, их последующего диффузионного роста и слияния в тонкую пленку; 2) собственно контактного плавления — движения межфазных границ, определяемого чисто диффузионным механизмом. Подготовительная стадия определяется в основном граничной кинетикой и включает в себя процессы взаимодействия в твердой фазе на активных центрах (образование химической, в частности, металлической связи) и последующий процесс взаимной диффузии в зоне мостиков схватывания. Таким образом, на отдельных локальных участках зоны контакта образуется диффузионная зона шириной X*, подчиняющаяся законам граничной кинетики. Из уравнения X* — = D1/(pco) при следующих значениях констант: р1 = I0ls см 2 c~l, DJ = = 10 8 см2/с (при Т < 7\гл),ш = = 10~23 см3 X* ян 1 • 10~3 мм. Жидкая фаза в диффузионной зоне может возникнуть вследствие распада твердого раствора, образовавшегося в процессе диффузии и при некотором понижении температуры оказавшегося перенасыщенным. Детально этот процесс не исследован ни экспериментально, ни теоретически. В работе [5] введены понятие так называемого кванта плавления размером 3-Ю 3 мкм и время кинетической стадии для системы Bi—Sn составляет 10 Зс. Однако видимые признаки плавления в этой системе обнаруживаются только через 0,5 с.

Важнейшая особенность пайки — контактное плавление конструкционного материала, т. е. плавление ниже его температуры со-лидуса в контакте с другими твердыми, жидкими или газообразными материалами [1, 2]. Вследствие этого технология пайки существенно отличается от технологии сварки плавлением и сварк» в твердой фазе и требует специального оборудования и технологиче^ ских материалов.

По расчетам А. А. Шебзухова, бездиффузиоиный этап пайкю имеет длительность ~0,01 с. После смачивания жидким припоем твердого металла наступает его контактное плавление (бездиффу-

Контактные твердогазовые припои получают в результате контактного твердогазового плавления соединяемых металлов, металлических прокладок, покрытий, компактных кусков, отличающихся по составу от паяемого материала и взаимодействующих с парами элементов, с которыми они образуют эвтектики или твердые растворы с минимальной температурой плавления (ниже температурь» пайки). Такой процесс осуществляется без флюсов в вакууме или инертном газе, в которых возможно испарение элемента; пары элемента химически адсорбируются на поверхности твердого технологического металла и вступают с ним в контактное плавление. Для> этой цели могут быть использованы пары марганца, цинка, магния„ лития и др. Такие пары дополнительно очищают вакуум или инертный газ от следов воздуха или влаги, связывая их, и поэтому процесс пайки становится возможным в более низком вакууме,, менее очищенном или осушенном инертном газе.